DE4120263A1 - Verfahren zum herstellen eines hochtemperatur-supraleitenden bauteiles und hochtemperatur-supraleitendes bauteil - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines hochtemperatur-supraleitenden bauteiles und hochtemperatur-supraleitendes bauteilInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
hochtemperatur-supraleitenden Bauteiles, wobei ein zur Bildung
eines Hochtemperatur-Supraleiters geeignetes Oxid in eine Glas
schmelze umgewandelt wird, der dann ein glasbildendes Additiv,
insbesondere Ga2O3, Al2O3, B2O3, SiO2, GeO2 zugegeben wird,
wonach die Glasschmelze dann zu einem Glas erstarrt wird, das
dann durch Wärmebehandlung in eine bei Kühlung hochtemperatur
supraleitende Form überführt wird. Die Erfindung betrifft auch
ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes hochtemperatur
supraleitendes Bauteil.
Ein zur Bildung eines Hochtemperatur-Supraleiters geeignetes
Oxid ist beispielsweise Bi-Sr-Ca-Cu-Oxid oder Y-Ba-Cu-Oxid
oder Seltene Erde-Ba-Cu-Oxid oder Tl-Ba-Ca-Cu-Oxid.
Es sind schon Verfahren vorgeschlagen worden, die vorsehen,
daß ausgehend von einem geeigneten Oxid zunächst eine Glas
schmelze gebildet wird, die dann zu einem Glas erstarrt wird
und anschließend durch Wärmebehandlung in die endgültige Form
gebracht wird. Darüber hinaus ist auch bereits vorgeschlagen
worden, in einem solchen Verfahren der Glasschmelze ein glas
bildendes Additiv zuzugeben. Ein solches Additiv kann bei
spielsweise Aluminiumoxid sein. Solche Additive gewährleisten
die Bildung eines homogenen Glases aus der Glasschmelze. Ein
solches homogenes Glas ist dann besonders einfach durch Wärme
behandlung in die endgültige supraleitende Form zu bringen.
Eine Kristallisation aus der Schmelze ist sogar häufig erst
durch die Beifügung eines glasbildenden Additives möglich.
Durch das glasbildende Additiv wird ein homogenes, einschluß
freies Glas erzeugt.
Wenn die mit glasbildendem Additiv versehene Glasschmelze er
starrt ist, wird das erstarrte Glas durch Wärmebehandlung in
eine bei Kühlung hochtemperatur-supraleitende Form überführt.
Verbleibende überschüssige Glasbildner im Glas bilden bei der
Wärmebehandlung, dem Kristallisationsprozeß, separate Verbin
dungen mit Komponenten des Supraleiters. Die Additive werden
dann nicht in ihrer ursprünglichen Form in den entstehenden
Supraleiter eingebaut. Ein glasbildendes Additiv, beispielsweise
Galliumoxid, geht vielmehr während des Kristallisationsprozesses
Verbindungen mit Komponenten des Supraleiters, beispielsweise
mit Strontium und Calcium, ein.
Durch diese chemische Reaktion zwischen Additiv und Komponente,
steht ein wesentlicher Anteil der Komponenten nicht mehr zur
Bildung eines hochtemperatur-supraleitenden Bauteiles zur Ver
fügung.
Außerdem erfolgt bei bekannten Verfahren die Keimbildung in
der Glasschmelze in vollkommen ungesteuerter Weise, beispiels
weise an der Oberfläche des entstehenden Bauteiles oder an zu
fällig vorhandenen Keimen.
Darüber hinaus weist ein Supraleiter, der mit bekannten Ver
fahren hergestellt worden ist, ein sehr geringes Pinningpoten
tial auf. Das Pinningpotential hält magnetische Flußlinien
im Hochtemperatur-Supraleiter fest.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an
zugeben, bei dem stets genügend Komponenten eines Supraleiters,
wie Strontium oder Calcium, vorhanden sind. Solche Komponenten
sollen nicht chemische Bindungen eingehen, die zur Bildung
eines Hochtemperatur-Supraleiters ungeeignet sind.
Es soll außerdem ein hochtemperatur-supraleitendes Bauteil an
gegeben werden, das mit einem solchen Verfahren hergestellt
ist.
Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch ge
löst, daß der Glasschmelze ein weiteres Additiv zugegeben wird,
das mit dem glasbildenden Additiv eine chemische Verbindung
eingehen kann.
Damit wird der Vorteil erzielt, daß dadurch, daß das glasbil
dende Additiv und das weitere Additiv eine chemische Verbindung
bilden, die Anbindung einer Komponente des Supraleiters, z. B.
Strontium, in einer chemischen Verbindung an das glasbildende
Additiv ausgeschlossen ist. Es stehen stets alle Komponenten
des Supraleiters für die Überführung des Bauteiles in die supra
leitende Form zur Verfügung.
Darüber hinaus wird der Vorteil erzielt, daß das glasbildende
und das weitere Additiv zusammen häufig eine Verbindung bilden,
die als Gefügebestandteil, beispielsweise als Keimbildner,
Kristallisationsförderer oder Pinningzentrum für magnetische
Flußlinien, dienen und zur Glasbildung beitragen kann.
Beispielsweise werden der Glasschmelze das glasbildende Additiv
und das weitere Additiv getrennt zugegeben. Während der Wärme
behandlung zur Bildung der hochtemperatur-supraleitenden Form,
dem Kristallisationsprozeß, bilden die beiden Additive dann eine
chemische Verbindung, so daß spätestens dann keine getrennten
Additive, sondern eine chemische Verbindung der Additive vorliegt.
Das glasbildende Additiv ist beispielsweise Ga2O3, Al2O3, B2O3,
SiO2 und/oder GeO2. Als weiteres Additiv, das mit einem glas
bildenden Additiv, beispielsweise mit einem der zuvor genannten
glasbildenden Additive, eine Verbindung eingeht, wird bei
spielsweise B2O3, CaO, SrO, La2O3 und/oder ein Seltene Erde-
Oxid zugegeben.
Alle die genannten Substanzen eignen sich besonders für den
Einsatz im Verfahren nach der Erfindung.
Beispielsweise wird der Glasschmelze direkt eine chemische
Verbindung zugegeben, die aus dem glasbildenden und dem
weiteren Additiv gebildet sein kann.
Diese Verbindung kann entweder während des Herstellungspro
zesses des Hochtemperatur-Supraleiters gebildet werden, oder
aber getrennt vom Verfahren zum Herstellen eines hochtemperatur
supraleitenden Bauteiles vor ihrem Einsatz separat hergestellt
werden.
Mit der zweiten Variante wird der Vorteil erzielt, daß zum Her
stellen eines hochtemperatur-supraleitenden Bauteiles nur eine
einzige optimal wirksame Substanz bereitgehalten werden muß.
Eine solche Substanz gestattet vorteilhaft die Bildung eines
homogenen Glases, ohne daß Komponenten des Supraleiters chemisch
gebunden werden und dann für den Supraleiter nicht mehr zur Ver
fügung stehen.
Geeignete Verbindungen sind beispielsweise LaGaO3, YbGaO3 oder
Ga2Y4O9. Diese Verbindungen, insbesondere LaGaO3, besitzen
günstige kristallographische Eigenschaften und fördern besonders
die Keimbildung vor dem Kristallisationsvorgang.
Andere geeignete Verbindungen sind Ga24Bi12SiO56, GaBO3,
Ga2Ge2O7, Ca2Ga2SiO7 oder SrGa2 (SiO4)2. Gallium ist Bestand
teil aller dieser Verbindungen. Gallium fördert die Glasbil
dung. Darüber hinaus weisen die genannten Verbindungen weitere
glasbildende Bestandteile auf, nämlich z. B. SiO2, B2O3 oder
GeO2. Ein Teil der Verbindungen ist kombiniert mit einem Über
schuß an Erdalkalioxiden, z. B. Strontiumoxid oder Calciumoxid.
Eine mit einem Überschuß Erdalkalioxid gesättigte Verbindung
nimmt dem entstehenden Supraleiter zur Bildung von Erdalkaliver
bindungen kein Material weg.
Nach einem weiteren Beispiel wird der Glasschmelze als
chemische Verbindung aus dem glasbildenden und dem weiteren
Additiv CaGa4O7, CaGa2O4, Ca3Ga2O6, CaGa2O4, Ca3Ga4O9
Sr3Ga4O9, Sr4Ga2O7, Sr3Ga2O6, SrGa12O19, Ca2Ga2SiO7 oder
SrGa2(SiO4)2 zugegeben. Ist ein Überschuß an Erdalkalioxid
vorhanden, dann geht dieses Erdalkalioxid mit dem vorhandenen
Galliumoxid eine Verbindung ein, so daß kein zur Bildung des
Supraleiters notwendiges Material an das Gallium gebunden
werden kann.
Neben der Schonung von notwendigen Komponenten des Supraleiters,
wie Strontium und Calcium, haben alle als weiteres Additiv ge
nannten Verbindungen beim Herstellen eines hochtemperatur-supra
leitenden Bauteiles gemeinsam, daß sie auch als Pinningzentren
für magnetische Flußlinien wirken.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird insbesondere der
Vorteil erzielt, daß das notwendige glasbildende Additiv keine
später noch benötigten Komponenten des Supraleiters, wie
Strontium und Calcium, an sich binden kann.
Die außerdem gestellte Aufgabe, ein hochtemperatur-supraleiten
des Bauteil anzugeben, das mit dem Verfahren nach der Erfin
dung hergestellt ist, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß ein Gefügebestandteil vorhanden ist, der eine chemische
Verbindung aus einem glasbildenden Additiv und einem weiteren
Additiv ist.
Ein solcher Gefügebestandteil gewährleistet vorteilhaft, daß
alle ursprünglich eingesetzten Oxide als Komponenten des
Supraleiters unvermindert im Bauteil eingebaut sind.
Die chemische Verbindung besteht beispielsweise einerseits aus
Ga2O3, Al2O3, B2O3, SiO2 und/oder GeO2 als glasbildendes
Additiv und andererseits aus B2O3, CaO, SrO, La2O3 und/oder
einem Seltene-Erde-Oxid als weiterem Additiv.
Als Gefügebestandteil kann auch die chemische Verbindung
Ga24Bi12SiO56, GaBO3, Ga2Ge2O7, CaGa4O7, CaGa2O4, Ca3Ga2O6,
CaGa2O4, Ca3Ga4O9, LaGaO3, Sr3Ga4O9, Sr4Ga2O7, Sr3Ga2O6,
SrGa12O19, Ca2Ga2SiO7, SrGa2(SiO4)2, YbGaO3 und/oder Ga2Y4O9
dienen.
Alle die genannten Verbindungen haben die Eigenschaft, daß
durch sie Komponenten des Supraleiters, also Oxide, die zur
Bildung eines Hochtemperatur-Supraleiters geeignet sind, nicht
in chemische Verbindungen eingebunden werden, wodurch die in
einen Hochtemperatur-Supraleiter umzuwandelnde Substanz ver
ringert würde.
Mit der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß
zum Herstellen eines hochtemperatur-supraleitenden Bauteiles
ein Keimbildner bzw. Kristallisationsförderer bereitgestellt
wird, der auch als Pinningzentrum für magnetische Flußlinien
dient und darüber hinaus zur Bildung des Hochtemperatur-
Supraleiters vorgesehene Komponenten nicht durch Bildung
chemischer Verbindungen vermindert.
Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen eines hochtemperatur-supraleitenden
Bauteiles, wobei ein zur Bildung eines Hochtemperatur-
Supraleiters geeignetes Oxid in eine Glasschmelze umgewandelt
wird, der dann ein glasbildendes Additiv, insbesondere Ga2O3,
Al2O3, B2O3, SiO2, GeO2, zugegeben wird, wonach die Glas
schmelze dann zu einem Glas erstarrt wird, das dann durch
Wärmebehandlung in eine bei Kühlung hochtemperatur
supraleitende Form überführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze ein weiteres Additiv zugegeben wird, das mit dem glas
bildenden Additiv eine chemische Verbindung eingehen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze das glasbildende Additiv und das weitere Additiv ge
trennt zugegeben werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze als glasbildendes Additiv Ga2O3, Al2O3, B2O3,
SiO2 und/oder GeO2 zugegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze als weiteres Additiv B2O3, CaO, SrO, La2O3 und/oder
Seltene-Erde-Oxid zugegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze eine chemische Verbindung aus dem glasbildenden
und dem weiteren Additiv zugegeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die chemische
Verbindung zuvor hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze als chemische Verbindung aus dem glasbildenden und dem
weiteren Additiv LaGaO3, YbGaO3 und/oder Ga2Y4O9 zugegeben
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze als chemische Verbindung aus dem glasbildenden und dem
weiteren Additiv Ga24Bi12SiO56, GaBO3, Ga2Ge2O7, Ca2Ga2SiO7
und/oder SrGa2(SiO4)2 zugegeben wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Glas
schmelze als chemische Verbindung aus dem glasbildenden und dem
weiteren Additiv CaGa4O7, CaGa2O4, Ca3Ga2O6, CaGa2O4, Ca3Ga4O9,
Sr3Ga4O9, Sr4Ga2O7, Sr3Ga2O6, SrGa12O19, Ca2Ga2SiO7 und/oder
SrGa2(SiO4)2 zugegeben wird.
10. Hochtemperatur-supraleitendes Bauteil, insbesondere herge
stellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Gefüge
bestandteil vorhanden ist, der eine chemische Verbindung aus
einem glasbildenden Additiv und einem weiteren Additiv ist.
11. Hochtemperatur-supraleitendes Bauteil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Gefüge
bestandteil vorhanden ist, der eine chemische Verbindung aus
einerseits Ga2O3, Al2O3, B2O3, SiO2 und/oder GeO2 und anderer
seits B2O3, CaO, SrO, La2O3 und/oder Seltene-Erde-Oxid ist.
12. Hochtemperatur-supraleitendes Bauteil nach einem der
Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Gefüge
bestandteil vorhanden ist, der Ga24Bi12SiO56, GaBO3, Ga2Ge2O7
CaGa4O7, CaGa2O4, Ca3Ga2O6, CaGa2O4, Ca3Ga4O9, LaGaO3, Sr3Ga4O9,
Sr4Ga2O7, Sr3Ga2O6, SrGa12O19, Ca2Ga2SiO7, SrGa2(SiO4)2,
YbGaO3 und/oder Ga2Y4O9 ist.
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| DE (1) | DE4120263A1 (de) |
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- 1991-06-19 DE DE4120263A patent/DE4120263A1/de not_active Withdrawn
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