DE4120263A1 - Verfahren zum herstellen eines hochtemperatur-supraleitenden bauteiles und hochtemperatur-supraleitendes bauteil - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines hochtemperatur-supraleitenden bauteiles und hochtemperatur-supraleitendes bauteil

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DE4120263A1
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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.
DE4120263A 1990-07-02 1991-06-19 Verfahren zum herstellen eines hochtemperatur-supraleitenden bauteiles und hochtemperatur-supraleitendes bauteil Withdrawn DE4120263A1 (de)

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EP0641750A1 (de) * 1993-09-02 1995-03-08 Canon Kabushiki Kaisha Metalloxid und Verfahren zu seiner Herstellung

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