DE4136395A1 - Oxidsupraleiter und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Oxidsupraleiter und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Oxidsupraleiter mit Anschluß
(klemmen)abschnitten oder -teilen und ein Verfahren zur
Herstellung desselben.
Seit erstmals von Bendnorz und Muller im Jahre 1986 über
die Supraleitfähigkeit eines Oxidsupraleiters auf La-Ba-
Cu-O-Basis berichtet wurde, wurden verschiedene Oxidsupra
leiter mit einer Perovskite-Struktur entdeckt. Zahlreiche
dieser Supraleiter weisen hohe kritische Temperaturen (Tc)
auf. Insbesondere haben z. B. ein Oxidsupraleiter auf Y-Ba-
Cu-O-Basis (Tc = 93 K), ein Oxidsupraleiter auf Bi-Sr-Ca-
Cu-O-Basis (Tc = 80 K, 108 K) und ein Oxidsupraleiter auf
Tl-Ba-Ca-Cu-O-Basis (Tc = 125K) wegen ihrer Tc-Werte, wel
che die Temperatur flüssigen Stickstoffs (77,3 K) überstei
gen, Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Wenn diese Oxidsupra
leiter unter Flüssigstickstoffkühlung Supraleitungseigen
schaften gleich denen herkömmlicher Metallsupraleiter er
reichen bzw. gewährleisten können, kann erwartet werden,
daß ihr Anwendungsbereich im Vergleich zu dem von Metall
supraleitern, die ausgefeilte kryogene Techniken für Flüs
sigheliumkühlung erfordern, erheblich erweitert ist.
Es wird angenommen, daß ein Haupteinsatzgebiet eines sol
chen Oxidsupraleiters auf dem Gebiet der Strom- und Ener
gieanlagen liegt. Formen von auf diesem Gebiet eingesetzten
Oxidsupraleitern lassen sich grob in einen fortlaufenden
Draht mit einer Umhüllung oder einem Mantel und ein kurzes
massives (bulk) Element oder Blockelement ohne Umhüllung
klassifizieren; für beide Arten sind verschiedene Einsatz
zwecke ins Auge gefaßt worden. Praktische Beispiele für
den Draht sind ein (Stark-)Strom- oder Netzkabel und ein
supraleitender Magnet, während ein Anwendungsbeispiel für
das massive oder Blockelement eine Starkstromzuführung
(power lead) ist.
Die Starkstromzuführung wird benutzt, um eine (Stark-)Strom
quelle mit einer Supraleitfähigkeit aufweisenden Ausrüstung,
z. B. einem supraleitenden Magneten oder einer supraleiten
den Strombegrenzervorrichtung, zu verbinden, um dieser
Ausrüstung Strom zuzuführen. Notwendige Bedingungen für
die Starkstromzuführung sind stabile Führung eines großen
Stroms (Starkstroms) und kaum Wärmeleitung. Da ein Oxid
supraleiter eine niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt und
einen Strom ohne Erzeugung von Joulescher Wärme bis zu
hohen Temperaturen zu führen vermag, eignet er sich für
eine Starkstromzuführung. Außerdem ist derzeit bekannt,
daß ein in Polykristallen in einem Oxidsupraleiter fließen
der Strom aufgrund eines Magnetfelds drastisch ausschwingt
oder abfällt (decay). Aus diesem Grund sind neben den obi
gen Bedingungen Techniken für die praktische Anwendung
von Oxidsupraleitern in Stromkabeln oder Starkstromzufüh
rungen, die weniger stark durch ein Magnetfeld beeinträch
tigt werden, untersucht worden.
Ein mit der Anwendung eines Oxidsupraleiters zusammenhän
gendes allgemeines Problem ist das der Verbindung (des
Oxidsupraleiters) mit einem Normalleiter. Dies bedeutet,
daß der Widerstand in einem Verbindungsabschnitt zwischen
einem Normalleiter, z. B. einem mit einer Stromquelle o. dgl.
verbundenen Kupferkabel, und dem Oxidsupraleiter auf einen
möglichst kleinen Wert verringert werden muß. Wenn der
Wert des Kontaktwiderstands groß ist, wird beim Fließen
eines großen Stroms, d. h. Starkstroms, im Verbindungsab
schnitt eine große Joulesche Wärmemenge erzeugt, die zu
einem neben dem Verbindungsabschnitt befindlichen Teil des
Oxidsupraleiters (ab)geleitet werden und einen Supraleitungs
zustand zerstören kann. Aus diesem Grund ist es wünschens
wert, den Kontaktwiderstand zwischen dem Oxidsupraleiter
und dem Normalleiter zu minimieren.
Herkömmlicherweise wird eine Lötmethode als die allgemeinste
Möglichkeit der Verbindung von Metall-Leitern für die Ver
bindung eines Oxidsupraleiters mit einem Normalleiter ange
wandt. Ein Oxidsupraleiter besteht jedoch aus Keramik und
kann daher nicht durch normales Löten unmittelbar mit einem
Normalleiter verbunden werden. Vielmehr erfolgt eine solche
Verbindung mittels einer speziellen, als Ultraschallöten
bezeichneten Löttechnik. Nachdem durch Ultraschallöten
ein Anschluß auf der Oberfläche eines Oxidsupraleiters
hergestellt worden ist, kann die Verbindung durch normales
Löten hergestellt werden.
Beim Lötverbinden eines Oxidsupraleiters und eines Normal
leiters wirft jedoch selbst die Anwendung des Ultraschall
lötverfahrens ein Problem dahingehend auf, daß der Zwischen
schichtwiderstand zwischen dem Lot und dem Oxidsupraleiter
eine Größe von 10-3Ω×cm2 oder mehr erreicht. Dieser Wert
beträgt das 100-fache oder mehr des Werts beim Metall/Metall-
Löten.
Der Grund hierfür kann vermutlich darin gesehen werden, daß
ein Oxid des Lots (Lötmetalls) in der Grenzfläche oder Zwi
schenschicht zwischen dem Lot und dem Oxidsupraleiter einen
Film bildet und daß das Lot in den Oxidsupraleiter (ein)
diffundiert und (damit) seine Supraleitungseigenschaften
beeinträchtigt. Bei Zuspeisung eines großen Stroms entsteht
im Verbindungsabschnitt aufgrund dieses Widerstands eine
große Joulesche Wärmemenge, die zum Oxidsupraleiter über
tragen wird und dessen Supraleitungszustand zerstört.
Es wurde daher bereits ein Verfahren vorgeschlagen, bei
dem Anschluß- oder Klemmenteile durch Ablagern eines leit
fähigen Metalls, wie Silber, durch Verdampfen oder Aufdampfen
auf den Endabschnitten eines Oxidsupraleiters geformt werden
und ein Normalleiter mit diesen Anschlußteilen verlötet wird.
Beim obigen Verfahren wird der Zwischenschichtwiderstand zwi
schen dem Silber und dem Oxidsupraleiter verringert, so daß
(auch) der Kontaktwiderstand herabgesetzt wird. Diese Möglich
keit ist aber unzuverlässig, weil die Bindefestigkeit im auf
gedampften Abschnitt oder Bereich gering ist. Da außerdem
das Aufdampfen nur an der Oberfläche des Oxidsupraleiters
vorgenommen werden kann, ist die Oberfläche des Verbindungs
teils begrenzt. Der Kontaktwiderstand verringert sich mit
vergrößerter Kontaktfläche, vorausgesetzt, daß der Wider
standswert pro Flächeneinheit gleich bleibt. Zur weiteren
Herabsetzung des Kontaktwiderstands muß daher die Kontakt
fläche nach einem bestimmten Verfahren vergrößert werden.
Außerdem ist das Aufdampfen von Silber umständlich, und es
kann den Oxidsupraleiter verschlechtern bzw. beeinträchti
gen, weil der Oxidsupraleiter während des Prozesses einem
Vakuumzustand ausgesetzt wird.
Als eine andere Möglichkeit ist eine Technik der Hinzufügung
eines leitenden Materials, insbesöndere Silber, zum gesam
ten Oxidsupraleiter erprobt worden. Wie auch aus der Tat
sache, daß Silber in einer Umhüllung oder einem Mantel des
Oxidsupraleiters verwendet wird, hervorgeht, besitzt Silber
gute Kompatibilität mit Oxidsupraleitern. Dies ist deshalb
der Fall, weil Silber unter allen Metallen den niedrigsten
elektrischen Widerstand aufweist und schwer oxidierbar ist.
Durch Zugabe von Silber zu einem Oxidsupraleiter kann demzu
folge der Kontaktwiderstand ohne Beeinträchtigung der Supra
leitungseigenschaften verringert werden. Andere mögliche,
durch den Zusatz von Silber erzielbare Wirkungen sind z. B.
Verbesserung der mechanischen Festigkeit, Verbesserung
einer schwachen Bindung in einer Kristallkorngrenze und
eine Funktion als Anschlußzentrum (pinning center).
Wie erwähnt, lassen sich mit dem Zusatz von Silber zu einem
Oxidsupraleiter bestimmte Vorteile erzielen. Andererseits
ist aber die Wärmeleitfähigkeit von Silber größer als die
von Oxidsupraleitern. Aus diesem Grund besitzt ein Draht
oder Blockelement (bulk member) aus einem mit Silber ver
setzten Oxidsupraleiter eine ziemlich große Wärmeleitfähig
keit verglichen mit derjenigen eines natürlichen Oxidsupra
leiters.
Dies stellt ein ernsthaftes Problem bei Bauteilen dar, bei
denen die Wärmeleitfähigkeit eines Materials bzw. Werkstoffs
von primärer Bedeutung ist. Im Fall z. B. einer Starkstrom
zuführung sind bevorzugte Bedingungen solche, bei denen
ein möglichst großer Strom fließen oder geleitet werden
kann, während die Wärmeeindringungsmenge möglichst klein
bleibt. Ein Oxidsupraleiter ist eine Art eines Keramikele
ments und besitzt daher eine Wärmeleitfähigkeit gleich
1/100 oder weniger der von Kupfer. Da zudem ein Oxidsupra
leiter in einem Supraleitungszustand bei Null Widerstand
einen Strom leiten kann (can flow), wird keine Joulesche
Wärme erzeugt. Wenn daher ein Oxidsupraleiter als Stark
stromzuführung benutzt wird, kann die in einen Kryostaten
eindringende Wärmemenge im Vergleich zu einer herkömmlichen,
aus Kupfer bestehenden Starkstromzuführung auf einen kleinen
Wert unterdrückt werden. Demzufolge kann der Verdampfungs
verlust an flüssigem Helium verringert werden; damit kann
auch eine Last oder Belastung für ein Kühlsystem, z. B. eine
Kältemaschine, herabgesetzt werden. Obgleich der resultie
rende wirtschaftliche Nutzeffekt groß ist, gehen diese Vor
teile verloren, wenn die Wärmeleitfähigkeit eines Oxidsupra
leiters durch den Zusatz von Silber erhöht wird.
Im Hinblick auf die geschilderten Probleme liegt damit
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Oxidsupralei
ter zu schaffen, bei dem der Kontaktwiderstand in An
schluß(klemmen)teilen verringert ist, während gleichzeitig
ein ungünstiger Einfluß auf die einem Oxidsupraleiter eige
ne niedrige Wärmeleitfähigkeit unterdrückt oder vermieden
wird.
Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Verfahrens
zur Herstellung eines Oxidsupraleiters, bei dem der Kontakt
widerstand in Anschluß(klemmen)teilen verringert ist, wäh
rend gleichzeitig ein ungünstiger Einfluß auf die einem
Oxidsupraleiter eigene niedrige Wärmeleitfähigkeit unter
drückt oder vermieden wird.
Beim erfindungsgemäßen Oxidsupraleiter soll ferner die Zuver
lässigkeit der Anschlußteile verbessert sein.
Schließlich bezweckt die Erfindung auch die Schaffung eines
Verfahrens zur Herstellung eines solchen Oxidsupraleiters,
bei dem die Zuverlässigkeit der Anschlußteile verbessert ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Oxidsupraleiter, umfassend
einen Oxidsupraleiter-Hauptkörperteil und mit einem Leiter
element zu verbindende Anschlußteile, die an beiden Enden
des Hauptkörperteils geformt sind, wobei ein leitfähiges
Material in die Anschlußteile, nicht aber in den Hauptkör
perteil eindiffundiert ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstel
lung eines Oxidsupraleiters, umfassend die folgenden Schrit
te: (Preß-)Formen eines Oxidsupraleiterpulvers, welchem
ein leitfähiges Metallpulver in Abschnitten entsprechend
Anschlußteilen eines Oxidsupraleiters zugemischt ist, und
Durchführen einer Wärmebehandlung am erhaltenen Formkörper
zwecks Bildung eines Oxidsupraleiters, bei dem ein leitfähi
ges Material in die Anschlußteile, nicht aber in die anderen
Bereiche eindiffundiert ist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Oxidsupraleiter,
umfassend einen Oxidsupraleiter-Hauptkörper und leitfähige
Anschlußelemente mit Abschnitten, die in beide Endabschnit
te des Oxidsupraleiter-Hauptkörpers eingelassen oder einge
bettet und darin festgelegt sind.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Her
stellung eines Oxidsupraleiters, umfassend die folgenden
Schritte: (Preß-)Formen eines Oxidsupraleiterpulvers, in
welchem Abschnitte von leitfähigen Anschlußelementen in
Abschnitte entsprechend Anschlußteilen eines Oxidsupralei
ters eingesetzt sind, und Durchführen einer Wärmebehandlung
am erhaltenen Formkörper zwecks Bildung eines Oxidsupralei
ters, in welchen Abschnitte der leitfähigen Anschlußelemente
eingelassen oder eingebettet und darin festgelegt sind.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin
dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Oxidsupra
leiters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 und 3 perspektivische Darstellungen bisheriger
Oxidsupraleiter,
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen
einer Silbermenge und (einer kritischen Stromdichte)
Jc beim Oxidsupraleiter gemäß Fig. 1,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen
einer Silbermenge und einem Kontaktwiderstand beim
Oxidsupraleiter nach Fig. 1,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Oxidsupra
leiters gemäß einer anderen Ausführungsform der
Erfindung,
Fig. 7 bis 11 perspektivische Darstellungen verschiedener
Abwandlungen des Oxidsupraleiters gemäß Fig. 6,
Fig. 12 und 13 Darstellungen eines Verfahrens zum durch
Löten erfolgenden Anschließen des Oxidsupraleiters
gemäß Fig. 6,
Fig. 14A und 14B (schematische) Darstellungen des Prinzips
einer Verbesserung der Bindefestigkeit durch Ver
größerung der Oberfläche einer Bindungs-Zwischen
schicht oder -Grenzfläche beim Integrieren von
Anschlußelementen in den Oxidsupraleiter,
Fig. 15A und 15B perspektivische Darstellungen von Stufen
bei der Herstellung des Oxidsupraleiters (gemäß
der Ausführungsform) nach Fig. 6 und
Fig. 16 eine perspektivische Darstellung eines Oxidsupra
leiters gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung.
Bei einem erfindungsgemäßen Oxidsupraleiter ist oder wird
ein leitfähiges Material in Anschluß(klemmen)teile, die
mit einem normalleitenden Metalleiter zu verbinden sind,
eindiffundiert, oder es werden Abschnitte der leitenden
Anschlußelemente in die beiden Enden des Oxidsupraleiters
eingelassen und einstückig darin fixiert.
Erfindungsgemäß bedeutet der Anschluß(klemmen)teil (oder
auch Verbindungsteil) einen mit einem normalleitenden Metall
leiter in Kontakt stehenden Abschnitt eines Oxidsupraleiters
oder einen Abschnitt desselben, der mit einem normalleiten
den Metalleiter mittels eines niedrigschmelzenden
(Niedrig-)Widerstands-Metalls, wie Lot, verbunden werden
soll.
Als erfindungsgemäßer Oxidsupraleiter können verschiedene
Oxidsupraleiter, wie solche auf La-, Y-, Bi-, Tl- und Pb-
Basis benutzt werden. Ein Beispiel für eine praktische
Ausführungsform des Oxidsupraleiters ist ein durch z. B.
Kompakt- bzw. Preßsintern oder Schmelzverfestigung herge
stelltes massives Element oder Blockelement. Zudem ist die
Erfindung auch auf einen fortlaufenden Oxidsupraleiter-
Draht anwendbar.
Bei einem Oxidsupraleiter gemäß einer ersten Ausführungs
form wird ein leitfähiges Material durch Diffusion den mit
einem normalleitenden Metalleiter zu verbindenden Anschluß
teilen einverleibt.
Ein für die Erfindungszwecke geeignetes leitfähiges Mate
rial besitzt vorzugsweise einen niedrigen elektrischen
Widerstand, eine hohe Oxidationsbeständigkeit und eine
geringe Reaktionsfähigkeit mit einem Oxidsupraleiter. Bei
spiele für derartige leitfähige Materialien sind Edelmetalle,
wie Silber, Gold, Platin, Palladium; eine Legierung aus
Ag-Pd, Ag-Au, Ag-Cu, Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt, Au-Cu oder Pt-Pd;
und Substanzen, die während einer Wärmebehandlung in diese
Metalle überführt werden, einschließlich Oxide wie Silber-,
Gold-, Platin- und Palladiumoxid, Halogenide wie Silber
chlorid, Silberjodid, Silberbromid, Silberfluorid, Gold
chlorid, Platinchlorid, Goldchloridsalz, Platinchlorid
säure und Palladiumchlorid, Silbernitrat, Silbercarbonat,
Silbersulfit, Silbersulfat, Silbercyanid, Silberthiocyanid,
Silberthiosulfat, Silbersulfid oder Silberdichromat. Von
diesen Substanzen wird besonders bevorzugt Silber oder
eine Substanz, wie Silberoxid, die bei einer Wärmebehand
lung des Oxidsupraleiters in Silber überführt wird, einge
setzt. Silber eignet sich aufgrund des kleinsten elektri
schen Widerstands und guter Kompatibilität mit einem Oxid
supraleiter ausgezeichnet.
Wenn das leitfähige Material durch Aufdampfen nur auf Ober
flächenabschnitte eines Oxidsupraleiters entsprechend den
Anschlußteilen aufgebracht wird, ist es schwierig, einen
großen Strom oder Starkstrom gleichmäßig durch den Oxid
supraleiter zu leiten. Aus diesem Grund muß das leitfähige
Material gleichmäßig in die Anschlußteile eindiffundiert
werden. Hierdurch kann die effektive Kontaktoberfläche ver
größert werden. Außerdem kann damit der Kontaktwiderstand
weiter herabgesetzt werden, weil ein Strom leicht in den
Oxidsupraleiter eindringen bzw. eintreten kann.
Wenn beim Eindiffundieren des leitfähigen Materials in die
Anschlußteile die Zugabemenge dieses leitfähigen Materials
zu groß ist, werden Supraleitungseigenschaften, z. B. eine
kritische Stromdichte (Jc) beeinträchtigt. Wenn anderer
seits diese Menge zu klein ist, kann keine zufriedenstel
lende Wirkung bezüglich der Verringerung des Kontaktwider
stands erreicht werden. Die Zugabemenge (an leitfähigem
Material) zu den Anschlußteilen beträgt daher vorzugsweise
1-20 Gew.-% und am vorteilhaftesten 5-15 Gew.-%. Die
Zugabemenge an leitfähigem Material kann so eingestellt
werden, daß ein Konzentrationsgradient gebildet wird. In
diesem Fall ist es wünschenswert, die Konzentration nahe
der Oberflächen der Anschlußteile zu vergrößern und sie
innerhalb dieser Teile zu verkleinern.
Ein Bereich des Anschlußteils, in welchen das leitfähige
Material eindiffundiert ist oder wird, beträgt vorzugswei
se 1/100 bis 3/10 der Länge des Oxidsupraleiters vom End
abschnitt des Anschlußteils aus.
Der Grund hierfür ist folgender: Die effektive Kontakt(ober)
fläche an den Anschlußteilen ist der Fläche proportional, an
welcher das leitfähige Material eindiffundiert ist. Wenn
das Verhältnis kleiner ist als 1/100, ist die effektive
Kontaktfläche zu klein, so daß unter einer hohen Strom
dichte Wärme erzeugt wird. Wenn andererseits das Verhält
nis mehr als 3/10 beträgt, wird zwar der Kontaktwiderstand
verringert und wird ein für die Verringerung einer Wärme
inversion oder -eindringung (heat inversion) effektiver
Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeit klein, so daß keine
ausreichende Wärmeeindring-Verhinderungswirkung erzielt
wird.
Der Oxidsupraleiter gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung kann beispielsweise nach der im folgenden beschrie
benen Methode hergestellt werden.
Dabei wird im voraus ein Pulver eines leitfähigen Materials
nur einem Materialpulver, wie kalziniertes Pulver eines
Oxidsupraleiters oder ein Pulver seines Vorläufers, zuge
setzt, um den Anschlußteilen entsprechende Abschnitte zu
bilden. Anschließend wird unter Benutzung dieses mit dem
leitfähigen Material versetzten Materialpulvers und eines
natürlichen Materialpulvers ohne leitfähiges Material ein
Formkörper der gewünschten Gestalt hergestellt.
Das leitfähige Material besteht vorzugsweise aus feinen Teil
chen einer Teilchengröße von 1 bis 50 µm.
Eine Wärmebehandlung erfolgt am gesamten Formkörper des
Oxidsupraleiters bei einer Temperatur, die entweder niedri
ger oder höher ist als die Schmelztemperatur des Oxidsupra
leiters, um damit dessen Dichte zu erhöhen, das an den An
schlußteilen zugesetzte leitfähige Material zu fixieren
und die Verbindung zu verstärken.
Die Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb der
Schmelztemperatur des Oxidsupraleiters erfolgt gemäß üb
licher Preßsinterung, während die Wärmebehandlung bei
einer Temperatur oberhalb dieser Schmelztemperatur gemäß
Schmelzeverfestigung oder -erstarrung, Zonenschmelzen,
oder Schwebezonenschmelzen erfolgt. Nach jedem dieser Ver
fahren kann das leitfähige Material lediglich den Anschluß
teilen des Oxidsupraleiters einverleibt werden.
Die Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Oxid
supraleiters variiert in Abhängigkeit vom System (Gefüge)
des verwendeten Oxidsupraleiters, und sie liegt vorzugs
weise im Bereich von 750°C bis 950°C. Die über der Schmelz
temperatur liegende Temperatur beträgt vorzugsweise 850°C
bis 1200°C.
Da beim erfindungsgemäßen Oxidsupraleiter das leitfähige
Material den Anschlußteilen durch Diffusion (Eindiffundie
ren) einverleibt wird, kann der Kontaktwiderstand in diesem
Bereich im Vergleich zu dem Fall, in welchem kein leitfähi
ges Material einverleibt wird, herabgesetzt werden. Ande
rerseits wird den von den Anschlußteilen verschiedenen, den
größten Teil des Oxidsupraleiters ausmachenden Bereichen
kein leitfähiges Material einverleibt. Die Wärmeleitfähig
keit des Oxidsupraleiters ist daher insgesamt nahezu gleich
derjenigen eines Supraleiters, dem kein leitfähiges Mate
rial einverleibt ist. Auf diese Weise kann ein Oxidsupra
leiter realisiert werden, der einen niedrigen Kontaktwider
stand aufweist und kaum Wärme leitet.
Im folgenden sind Beispiele für die erste Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
Ein massives Element oder Blockelement aus einem Oxidsupra
leiter auf Y-Basis, bei dem Silber nur den Anschlußteilen
einverleibt wird, wird durch Preßsintern hergestellt.
Zuerst werden als Ausgangsmaterialpulver Y2O3, BaCO3 und
CuO in einem Atomverhältnis von Y : Ba : Cu = 1 : 2 : 3 ver
mischt, und das erhaltene Gemisch wird 50 h lang bei 900°C
kalziniert. In einem nach dem Kalzinieren erfolgenden Abkühl
schritt wird die Temperatur langsam mit einer Geschwindig
keit von 2°C/min von 600°C auf 400°C gesenkt, um in aus
reichendem Maße eine supraleitende Phase zu bilden.
Das erhaltene kalzinierte Pulver wird fein vermahlen und
in einer Pressenvorrichtung zu einer Form von 4 mm Durchmesser ×04 mm
Länge kompaktiert bzw. verdichtet ausgeformt. Bei diesem
Formling wird ein kalziniertes Pulver, dem unter gründlicher
Vermischung 10 Gew.-% Silberpulver zugesetzt wurden, in den
Anschlußteilen verwendet, die jeweils eine Länge von 15 mm
vom betreffenden Ende des Oxidsupraleiters besitzen.
Anschließend wird der preßgeformte Körper oder Formling
200 h lang an der Luft bei 925°C wärmebehandelt, um einen
massiven Körper bzw. Blockkörper 3 des Oxidsupraleiters zu
erhalten, dem Silberteilchen 2 durch Diffusion nur in die
Anschlußteile 1 einverleibt sind (vgl. Fig. 1).
Zum Zwecke des Vergleichs mit der Erfindung werden anderer
seits nach der gleichen Vorgehensweise wie beim obigen
Beispiel ein Blockkörper 4 (Vergleichsbeispiel 1), bei
dem Silberteilchen 2 dem gesamten Prüfling einverleibt
sind (vgl. Fig. 2), und ein Blockkörper 5 (Vergleichsbei
spiel 2) ohne Silberzusatz hergestellt.
Eine Messung des kritischen Stroms (Ic) jedes Block
körpers gemäß Beispiel 1 und gemäß den Vergleichsbeispie
len ergibt 38,5A für Beispiel 1, 40,3A für Vergleichsbei
spiel 1 und 37A für Vergleichsbeispiel 2. Wenn diese Werte
als kritische Stromdichte (Jc) ausgedrückt werden, erhält
man folgende Ergebnisse: 308 A/cm2 für Beispiel 1, 322 A/cm2
für Vergleichsbeispiel 1 und 299 A/cm2 für Vergleichsbei
spiel 2.
Außerdem wird der Verdampfungsverlust an flüssigem Helium
beim Einspeisen eines Stroms von 30A in jeden Blockkörper
oder -formling mittels einer Wärmeeindringmengen-Meßvor
richtung gemessen, wobei die Wärmeeindringmenge an jedem
Prüfling anhand des betreffenden Meßwerts abgeschätzt wird.
Die Ergebnisse sind folgende: 6 mW für Beispiel 1, 50 mW
für Vergleichsbeispiel 1 und 28 mW für Vergleichsbeispiel 2.
Aus diesen Meßergebnissen geht hervor, daß beim Blockkörper
gemäß Vergleichsbeispiel 1, dem durchgehend Silber einver
leibt wurde, die durch Wärmeleitung von der Hochtemperatur
seite her hervorgerufene Wärmeeindringmenge sehr groß ist.
Bei dem kein Silber enthaltenden Blockkörper gemäß Ver
gleichsbeispiel 2 ist der Kontaktwiderstand im Anschluß
teil an der Niedertemperaturseite hoch, so daß in diesem
Bereich erzeugte Joulesche Wärme unmittelbar in das flüs
sige Helium eindringt. Obgleich dabei die Wärmeeindring
menge aufgrund der Wärmeleitung von der Hochtemperaturseite
her klein ist, ist daher die Gesamtwärmeeindringmenge beträcht
lich. Hieraus folgt, daß die Wärmeeindringmenge beim Block
körper oder -formling gemäß Beispiel 1 am kleinsten ist, bei
dem sowohl Wärmeleitfähigkeit als auch Kontaktwiderstand
verringert sind, wodurch die Wirksamkeit der Erfindung be
legt wird.
Die durch Änderung der Silbermenge gemäß dem Beispiel er
zielten Ergebnisse sind in Fig. 4 als Beziehung zwischen
der Silbermenge und der kritischen Stromdichte Jc und in
Fig. 5 als Beziehung zwischen der Silbermenge und dem Kon
taktwiderstand veranschaulicht. Effektive Silbermengen
gehen aus diesen graphischen Darstellungen hervor.
Ein Blockelement einer niedrigen Tc-Phase aus einem Oxid
supraleiter auf Bi-Basis eines hohen Jc-Werts wird nach
einer tiegelfreien Zonenschmelz- oder Schwebezonen-Methode
bzw. FZ-Methode (floating zone (FZ) method) hergestellt.
Nach dieser FZ-Methode kann ein hoher Jc-Wert von 2000 A/cm2
ohne jeden Silberzusatz erzielt werden; der Jc-Wert wird
weiter auf etwa 5000 A/cm2 verbessert, wenn dem Gesamtmate
rial 10 Gew.-% oder weniger Silber zugesetzt werden. Die
Querschnittsfläche des Oxidsupraleiters kann daher etwa
1/10 derjenigen eines nach der Sintermethode hergestellten
Oxidsupraleiters betragen, wenn ein Strom der gleichen
Stromstärke geleitet werden soll.
Ein kompaktgeformter bzw. preßgeformter Formling, dem Sil
ber (10 Gew.-%) nur in den Anschlußteilen einverleibt ist,
wird nach der gleichen Vorgehensweise wie in Beispiel 1 her
gestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß seine Querschnitts
fläche 1/10 derjenigen des Oxidsupraleiters nach Beispiel 1
beträgt.
Anschließend wird der preßgeformte Formling oder Preßkör
per mittels einer FZ-Vorrichtung unter Verwendung eines
CO -Lasers vom einen Ende zum anderen sequentiell teilweise
angeschmolzen, wodurch ein Blockkörper eines Oxidsupralei
ters einer Struktur erhalten wird, in welcher auch nach
der Schwebezonen- oder FZ-Behandlung Silber nur in den
Anschlußteilen vorhanden ist.
Entsprechend den gleichen Maßnahmen wie in Beispiel 1 wer
den die Wärmeeindringmengen am Blockkörper des auf oben
beschriebene Weise erhaltenen Oxidsupraleiters, eines auf
ähnliche Weise nach der FZ-Methode hergestellten Blockkör
pers (Vergleichsbeispiel 3), bei dem dem gesamten Block
körper Silber einverleibt ist, und einem auf ähnliche Weise
nach der FZ-Methode hergestellten Blockkörper (Vergleichs
beispiel 4) ohne Silbergehalt gemessen. Die Ergebnisse
sind folgende: 1 mW oder weniger für Beispiel 2, 5 mW für
Vergleichsbeispiel 2 und 3 mW für Vergleichsbeispiel 4.
Beim oben beschriebenen Oxidsupraleiter kann somit ein
Anschluß(klemmen)teil vorgesehen werden, der ohne weiteres
mit einem Normalleiter verbindbar ist und niedrigen Kontakt
widerstand sowie ausreichende Festigkeit in einem Verbin
dungsabschnitt aufweist. Da hierbei ein sog. "Löschen" des
Supraleiters vermieden wird, das üblicherweise aufgrund
von Widerstandserwärmung im Verbindungsabschnitt auftritt,
können erfindungsgemäß thermisch stabile Oxidsupraleiter-
Bauelemente hoher Leistungsfähigkeit bereitgestellt werden.
Da das leitfähige Material nur den Anschlußteilen einver
leibt ist, wird damit ein Oxidsupraleiter realisiert, der
einen niedrigen Kontaktwiderstand besitzt und kaum Wärme
leitet.
Bei einem Oxidsupraleiter gemäß einer zweiten Ausführungs
form der Erfindung sind mit einem normalleitenden Metall
leiter zu verbindende Abschnitte von leitfähigen Klemmen-
oder Anschlußelementen in beide Enden des Oxidsupraleiters
eingelassen und darin einheitlich festgelegt bzw. befestigt.
Für die einheitlich mit dem Oxidsupraleiter zu verbinden
den Anschlußelemente können erfindungsgemäß als Werkstoff
verschiedene Metalle, wie Edelmetalle, z. B. Silber, Gold,
Platin und Palladium, oder Legierungen, wie Ag-Cu, Ag-Pd,
Ag-Cu, Au-Pt, Au-Pd, Au-Cu oder Pt-Pd, verwendet werden.
In einer Umhüllung eines Oxidsupraleiters wird üblicherwei
se Silber verwendet, weil dieses oxidationsbeständig ist
und (damit) einen Oxidsupraleiter nicht reduziert oder be
einträchtigt, so daß er seine Supraleitfähigkeit verlieren
würde, wobei sich Silber auch nicht unter Bildung einer neuen
Verbindung mit einem Oxidsupraleiter verbindet. Da Silber
außerdem einen niedrigen elektrischen Widerstand sowie gute
Bildsamkeit und Unformbarkeit besitzt, läßt sich ein einwand
freier Kontakt mit einem Oxidsupraleiter herstellen, ohne
dessen Kristallkornwachstum zu stören.
Das erwähnte Klemmen- oder Anschlußelement wird vorzugsweise
so eingelassen (buried), daß sein eines Ende in den Oxid
supraleiter eingelassen ist, während sein anderes Ende frei
liegt und der Luft oder einer bestimmten anderen Atmosphäre
ausgesetzt ist. In diesem Zustand kann über das Anschluß
element ohne weiteres ein Normalleiter mit dem Anschlußteil
verbunden werden.
Fig. 6 veranschaulicht ein Beispiel einer praktischen Aus
führungsform eines erfindungsgemäßen Oxidsupraleiters mit
einheitlich mit ihm verbundenen Anschlußteilen. Gemäß Fig. 6
sind Abschnitte von aus einem leitfähigen Metall bestehen
den Klemmen- oder Anschlußelementen 13 mit fester Verbin
dung in Anschlußteile bildende Abschnitte 12 eines Oxid
supraleiters 11 eingelassen. Durch einheitliches (integrally)
Einlassen oder Einbetten der betreffenden Abschnitte von
Anschlußelementen 13 in den Oxidsupraleiter 11 können höchst
zuverlässige Anschlußteile realisiert werden.
Die Anschlußelemente 13 werden vorzugsweise derart in den
Oxidsupraleiter 11 eingelassen oder eingebettet, daß der
folgenden Beziehung genügt wird:
S-S1<S2,
darin bedeuten:
S = Querschnittsfläche (cm2) des Oxidsupraleiters,
S1 = Fläche eines Endabschnitts eines Teils eines An schlußelements, der in den Oxidsupraleiter einge lassen ist,
S2 = Oberfläche einer Seitenfläche eines Abschnitts des in den Oxidsupraleiter eingelassenen Anschluß elements.
S = Querschnittsfläche (cm2) des Oxidsupraleiters,
S1 = Fläche eines Endabschnitts eines Teils eines An schlußelements, der in den Oxidsupraleiter einge lassen ist,
S2 = Oberfläche einer Seitenfläche eines Abschnitts des in den Oxidsupraleiter eingelassenen Anschluß elements.
Der Grund hierfür ist folgender: Die Querschnittsfläche
(S-S1) des Oxidsupraleiters am Endabschnitt des in diesen
eingebetteten oder eingelassenen Anschlußelements ist um
die Querschnittsfläche (S1) des Anschlußelements verklei
nert.
Der Strom Jc×S (JC = kritische Stromdichte) fließt durch
den Oxidsupraleiter; es ist dabei nötig, daß die Strom
dichte des tatsächlich am Ende des in den Oxidsupraleiter
eingelassenen Anschlußelements fließenden Stroms (den Wert)
Jc nicht übersteigt und mithin die folgende Beziehung erfüllt
ist.
Jc · S × S₂/(S₁ + S₂) × 1/(S - S₁) < Jc
S - S₁ - S₂ < O oder S - S₁ < S₂
Die Form des in den Oxidsupraleiter einzulassenden Anschluß
elements ist nicht auf die Form gemäß Fig. 6 beschränkt;
es können beliebige andere Formen und Zahlen solcher An
schlußelemente gewählt werden. Beispielsweise kann das
Anschlußelement gemäß Fig. 7 ein plattenförmiger Anschluß
13a sein; wahlweise können gemäß Fig. 8 mehrere dünne,
plattenförmige Anschlußelemente 13b mit Abstand überein
anderliegend in den Oxidsupraleiter 11 eingelassen oder
eingebettet sein. Andererseits können gemäß Fig. 9 auch
Abschnitte der dünnen, plattenförmigen Anschlußelemente
13b an den Seitenflächen des Oxidsupraleiters 11 nach außen
hin freiliegen.
Durch Vorsehen mehrerer Anschlußelemente kann somit die
Kontaktfläche zwischen dem Oxidsupraleiter und den Anschluß
elementen vergrößert sein.
Weiterhin kann eine große Zahl stab- oder drahtförmiger
Anschlußelemente 13c in den Oxidsupraleiter eingelassen
werden (vgl. Fig. 10), oder es kann gemäß Fig. 11 ein maschen
artiges oder gitterartiges Anschlußelement 13d in den Oxid
supraleiter integriert sein. In diesen (letzteren) Fällen
ist die Kontaktfläche zwischen dem Metall des Anschlußele
ments und dem Oxidsupraleiter am größten.
Obgleich die jeweiligen Anschlußelemente gemäß den Fig.
8 bis 11 jeweils gleiche Länge und gleiche Größe aufweisen,
braucht dies nicht unbedingt der Fall zu sein. Die Erfin
dung ist auch nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Beispiele beschränkt, vielmehr können auch Anschlußelemente
beliebiger anderer Formen verwendet werden.
Der Oxidsupraleiter mit den integrierten Anschlußteilen ge
mäß der Erfindung eignet sich besonders zur Realisierung
eines großen Oxidsupraleiter-Blockelements. Dies ist des
halb der Fall, weil sich mit zunehmender Größe die Oberflä
che im Vergleich zur Querschnittsfläche verkleinert. Demzu
folge kann durch die eingelassenen Anschlußelemente die Kon
taktfläche vergrößert werden.
Für die Verbindung eines Normalleiters mit dem nach außen
hin freiliegenden Anschlußelement ist eine gewöhnliche
Lötverbindung zufriedenstellend. Dies ist deshalb der Fall,
weil der Kontaktwiderstand einer Metall/Metallötung ausrei
chend klein ist und die erzeugte Joulesche Wärme nahezu
vollständig abgeführt werden kann, falls der betreffende
Abschnitt unmittelbar einem Kältemittel, wie flüssigem
Stickstoff, ausgesetzt ist. In der Praxis wird die Löt
verbindung dadurch hergestellt, daß ein Anschlußelement
13 unmittelbar mit einem Normalleiter 14 verlötet wird
(vgl. Fig. 12) oder mehrere Anschlußelemente 13 gleich
zeitig bzw. gemeinsam mit einer Metallhülle 15 verlötet
werden, so daß letztere die Anschlußelemente 13 umschließt;
dabei kann ein Normalleiter 14 gemäß Fig. 13 an der Metall
hülle 15 angelötet werden. Wenn die Zahl der Anschlußele
mente 13 vergleichsweise klein ist und z. B. etwa zwei oder
drei beträgt, läßt sich die direkte Lötverbindung gemäß
Fig. 12 einfacher herstellen. Bei einer größeren Zahl von
Anschlußelementen 13 ist es jedoch einfacher, die Anschluß
elemente 13 auf die in Fig. 13 gezeigte Weise zu verlöten,
nachdem sie mit der Metallhülle 15 umhüllt worden sind.
Der erfindungsgemäße Oxidsupraleiter mit den einheitlich
angeformten oder integrierten Anschlußteilen läßt sich
beispielsweise nach dem im folgenden beschriebenen Verfah
ren herstellen.
Beim Formen eines Oxidsupraleiters werden beim Preßformen
eines kalzinierten Pulvers des Oxidsupraleiters oder eines
Pulvers seines Vorläufers Anschlußelemente aus einem leit
fähigen Metall in Anschlußbildungsabschnitte eingebettet.
Der Oxidsupraleiter wird sodann zusammen mit diesen Klem
men oder Anschlüssen ausgeformt, um einen Oxidsupraleiter-
Formkörper herzustellen, bei dem die Anschlußelemente in
die Anschlußbildungsabschnitte eingebettet sind. Um bei
diesem Formvorgang die Kontaktfläche mit dem Oxidsupralei
ter möglichst zu vergrößern, werden vorzugsweise zahlreiche
dünne Anschlußelemente verwendet. Auf diese Weise wird die
oben angegebene Ungleichung (Beziehung) vollständig erfüllt.
Anschließend wird der erhaltene Oxidsupraleiter-Formkörper
mit den in die Anschlußbildungsabschnitte eingelassenen An
schlußelementen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur,
die entweder unter oder über der Schmelztemperatur des Oxid
supraleiters liegt, unterworfen, um damit seine Dichte zu
erhöhen und die Verbindung der Anschlußteile zu verstärken
oder zu verfestigen.
Bei der Wärmebehandlung bei einer unterhalb der Schmelz
temperatur liegenden Temperatur wird ein Sintern des Kristall
korns unter Erhöhung der Dichte begünstigt. Außerdem führt
gemäß den Fig. 14A und 14B ein Wachsen des Kristallkorns A
im Oxidsupraleiter zu einer Verformung der Anschlußelemente
13, wodurch deren Verbindung mit dem Oxidsupraleiter ver
festigt bzw. verbessert wird.
Auf ähnliche Weise wird bei der Wärmebehandlung bei einer
über der Schmelztemperatur liegenden Temperatur eine Erhöhung
der Dichte durch Schmelzeerstarrung (melt solidification)
begünstigt, wobei die Anschlußelemente 13 beim Kristalli
sieren des Gefüges verformt werden und damit die Verbindung
mit dem Oxidsupraleiter verbessert wird.
Beim Oxidsupraleiter gemäß der Erfindung ist zumindest ein
Abschnitt jedes Anschlußelements in den Oxidsupraleiter ein
gelassen oder eingebettet und aufgrund einer Wärmebehand
lung o. dgl. in ihn integriert. Infolgedessen ist die Verbin
dung zwischen den Anschlußelementen und dem Oxidsupraleiter
verstärkt oder verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit der
Anschlußteile erheblich verbessert ist. Durch Anordnung
mehrerer Anschlußelemente kann außerdem die Kontaktfläche
zwischen diesen und dem Oxidsupraleiter vergrößert werden,
wodurch eine Verringerung des Kontaktwiderstands erreicht
wird.
Im folgenden sind Beispiele für die zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
Gemäß diesem Beispiel werden Anschlußelemente aus Silber
in Anschlußbildungsabschnitte eines Oxidsupraleiter-Block
körpers auf Bi-Basis und mit einverleibtem Pb eingelassen,
so daß auf diese Weise eine einfach anschließbare Oxidsupra
leiter-Starkstromzuführung hergestellt wird.
Zunächst wird als Ausgangsmaterialpulver ein gemeinsam aus
gefälltes Oxalatpulver zubereitet, bei dem das Anion-Ver
hältnis Bi : Pb : Sr : Ca : Cu = 1,72 : 0,34 : 1,83 : 1,97 :
3,13 beträgt. Dieses gemeinsam ausgefällte Oxalatpulver wird
einer 40-stündigen Wärmebehandlung an der Luft bei 800°C
unterworfen, und das erhaltene Pulver wird zur Gewinnung ei
nes kalzinierten Pulvers in einer Mühle vermahlen.
Anschließend werden etwa 23 g des kalzinierten Pulvers ent
nommen und gleichmäßig in eine Preßform einer Größe von
10×100 mm eingefüllt. Um dabei integrierte Anschlußteile
zu bilden, werden 20 Silberdrähte jeweils eines Durchmessers
von 0,2 mm als Anschlußelemente in einen Bereich einer
Länge von 20 mm vom jeweiligen Ende an jedem Endabschnitt
des kalzinierten Pulverkörpers eingebettet.
Die gemäß Fig. 15A erhaltene Materialmasse wird dann bei
einem Druck von 2 t/cm2 geformt, um einen preßgeformten
Körper 16 zu erhalten, in den die Anschlußelemente 13 aus
Silber eingebettet sind. Danach wird das kalzinierte Oxid
pulver durch Abbrechen von verdichteten oder verpreßten
Abschnitten 16a jeweils einer Breite von 10 mm vom Ende
her teilweise entfernt, so daß ein Formkörper 17 erhalten
wird, von dem die Silber-Anschlußteile 13 nach außen ragen.
Der Formkörper 17 mit den nach außen freiliegenden Silber-
Anschlußteilen 13 wird anschließend 200 h lang einer Wärme
behandlung bei 835°C in einem Argon-Sauerstoff-Mischgas
unterworfen, in welchem der Sauerstoffpartialdruck auf etwa
8% eingestellt ist.
Die Phasen des Preßformkörpers sind dabei die gleichen wie
zum Zeitpunkt des Kalzinierens, d. h. es liegen eine Niedrig-
Tc-Phase aus einer Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O-Phase und eine Misch
phase aus Ca2, PbO4 und CuO vor. Durch die beschriebene
Wärmebehandlung wird die Phase jedoch zum größten Teil in
eine Hoch-Tc-Phase des Oxidsupraleiters auf Bi-Pb-Sr-Ca-
Cu-O-Basis umgeformt.
Auf diese Weise wird eine Oxidsupraleiter-Starkstromzufüh
rung mit einem Tc-Wert von 108K und mit integrierten Silber-
Anschlußteilen erhalten. Die Abmessungen dieses Prüflings
(Oxidsupraleiters) betragen etwa 5 mm×10 mm×80 mm.
In einem Vergleichsbeispiel 5 wird eine Wärmebehandlung un
mittelbar und ohne Einlassen von Silberteilen in Anschluß
abschnitte durchgeführt, um damit einen Oxidsupraleiter ei
ner Länge von 80 mm zu erhalten. Durch Anformen von Strom
anschlüssen durch Ultraschallöten wird aus diesem Blockkör
per eine Oxidsupraleiter-Starkstromzuführung geformt.
Die kritischen Ströme bei 77K und OT sowie die Kontaktwider
stände der Oxidsupraleiter-Starkstromzuführungen gemäß Bei
spiel 3 und Vergleichsbeispiel 5 werden gemessen und mitein
ander verglichen. Die Ergebnisse finden sich in nachstehen
der Tabelle I.
Wie aus Tabelle I hervorgeht, ist der Kontaktwiderstand der
Oxidsupraleiter-Starkstromzuführung gemäß Beispiel 3, bei
welcher die Silber-Anschlüsse integriert sind, wesentlich
kleiner als bei der Starkstromzuführung gemäß Vergleichs
beispiel 5, bei welcher die Anschlüsse durch Ultraschall
lötung angebracht worden sind. Außerdem ist dabei auch eine
wahrscheinlich auf den niedrigen Kontaktwiderstand zurück
zuführende Verbesserung des Jc-Werts festzustellen.
Entsprechend den Maßnahmen nach Beispiel 3 wird ein Oxid
supraleiter-Blockkörper auf Y-Ba-Cu-O-Basis hergestellt.
Als Ausgangsmaterialpulver werden Y2O3, BaCO3 und CuO in
einem Atomverhältnis Y : Ba : Cu von 1 : 2 : 3 gemischt,
und das erhaltene Gemisch wird 50 h lang bei 900°C kalzi
niert. Das so erhaltene kalzinierte Pulver wird unter den
gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 preßgeformt und
gesintert, womit ein Blockkörper (bulk body) erhalten wird,
in welchen Silber-Anschlußelemente einheitlich eingelassen
bzw. integriert sind. Außerdem wird ein Vergleichsbeispiel 6
durchgeführt.
Die Form des Blockkörpers entspricht derjenigen des Block
körpers nach Beispiel 3. Bei der Wärmebehandlung wird der
Prüfling 200 h lang bei 925°C an der Luft gehalten bzw.
erwärmt und dann im Ofen auf 600°C abgekühlt. Anschließend
wird er allmählich mit einer Geschwindigkeit von 2°C/min
von 600°C auf 400°C abgekühlt und danach im Ofen auf Raum
temperatur abgekühlt. Die erste Stufe (925°C) ist eine
Wärmebehandlung zur Durchführung eines Reaktionssinterns,
während die zweite Stufe eine Wärmebehandlung zu dem Zweck
ist, den Prüfling genügend Sauerstoff absorbieren zu
lassen, so daß eine supraleitende Phase einer ausreichen
den Größe entsteht.
Der kritische Strom bei 77K und OT sowie der Kontaktwider
stand jedes auf diese Weise hergestellten Oxidsupraleiter-
Blockkörpers werden gemessen. Die Ergebnisse finden sich
in nachstehender Tabelle II.
Mit den Maßnahmen entsprechend Beispiel 3 wird ein Oxid
supraleiter-Formkörper auf Bi-Sr-Ca-Cu-O-Basis niedriger
Tc-Phase (low-Tc phase) hergestellt. Anschließend wird nach
einer tiegelfreien oder Schwebezonen-Methode als eine der
möglichen Schmelzmethoden ein Blockkörper hergestellt, bei
dem Dichte und kritische Stromdichte erhöht und Anschluß
elemente integriert angeformt sind.
Zunächst wird ein gemeinsam ausgefälltes Oxalatpulver, ein
gestellt auf ein Anion-Verhältnis von Bi : Sr : Ca : Cu
= 2 : 2 : 1 : 2, kalziniert, um einen Preßformkörper zu
bilden, bei dem Abschnitte der eingebetteten Silber-Anschlüs
se nach außen hin freiliegen; diese Maßnahen werden entspre
chend Beispiel 3 durchgeführt.
Hierauf wird der erhaltene Preßformkörper mittels einer
Schwebezonenvorrichtung unter Verwendung eines CO2-Lasers
sequentiell von seinem einen Ende zum anderen teilweise an
geschmolzen. Das nach der Schwebezonen-Methode erhaltene Ge
füge besitzt eine hohe Dichte, wobei die Kristallkörner eines
Oxidsupraleiters in ihm orientiert sind. Infolgedessen kann
damit eine hohe kritische Stromdichte erzielt werden.
Die kritische Stromdichte und der Kontaktwiderstand im Anschluß
abschnitt wird sowohl an dem auf die beschrieben Weise erhalte
nen Oxidsupraleiter-Blockkörper als auch bei einem auf ähnliche
Weise nach der Schwebezonen-Methode hergestellten Vergleichs
prüfling (bei welchem die Anschlußteile durch Ultraschall
löten angeformt worden sind: Vergleichsbeispiel 7) gemessen.
Die Ergebnisse finden sich in nachstehender Tabelle III.
Wie sich aus Tabelle III ergibt, sind beim Blockkörper mit
den integrierten Anschlußklemmen beide Eigenschaften jeweils
besser als beim Vergleichsprüfling. Außerdem besitzen beim
Prüfling gemäß Fig. 5 die Anschlußteile eine ausreichende
Festigkeit gegen eine auf sie einwirkende Zugkraft.
Gemäß Fig. 16 kann die Festigkeit des auf beschriebene
Weise hergestellten Oxidsupraleiters 11 durch Überziehen
seiner Umfangsfläche mit einer Keramikschicht 21 erhöht
werden. Für die Keramikschicht kann eine Substanz einer
niedrigen Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, beispiels
weise Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Zirkonoxid. Die
Keramikschicht wird vorzugsweise durch Sprüh- oder Spritz
beschichtung aufgebracht.
Bei einem herkömmlichen Oxidsupraleiter, bei dem ein leit
fähiges Material in den gesamten Oxidsupraleiter eindif
fundiert ist, ist dessen Festigkeit durch die Diffusion
bzw. das Eindiffundieren des leitfähigen Materials erhöht.
Im Vergleich zum herkömmlichen Oxidsupraleiter ist anderer
seits bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, bei
welcher das leitfähige Material nur in die Anschlußklemmen
abschnitte eindiffundiert ist, die Festigkeit in dem das
leitfähige Material nicht enthaltenden Bereich nicht erhöht.
Wenn jedoch die Umfangsfläche des Oxidsupraleiters 11 auf
die in Fig. 16 gezeigte Weise mit der Keramikschicht 21 be
schichtet wird, kann dadurch die Festigkeit des kein leit
fähiges Material enthaltenden Bereichs verbessert werden.
Claims (29)
1. Oxidsupraleiter, umfassend:
einen Oxidsupraleiter-Hauptkörperteil und mit einem Leiterelement zu verbindende Anschlußteile (1) , die an beiden Enden des Hauptkörperteils geformt sind,
wobei ein leitfähiges Material (2) in die Anschluß teile (1), nicht aber in den Hauptkörperteil eindiffun diert ist.
einen Oxidsupraleiter-Hauptkörperteil und mit einem Leiterelement zu verbindende Anschlußteile (1) , die an beiden Enden des Hauptkörperteils geformt sind,
wobei ein leitfähiges Material (2) in die Anschluß teile (1), nicht aber in den Hauptkörperteil eindiffun diert ist.
2. Oxidsupraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das leitfähige Material (2) mindestens ein Element
aus der Gruppe Ag, Au, Pt, Ag-Pd, Ag-Au, Ag-Cu, Ag-Pt,
Au-Pd, Au-Pt, Au-Cu und Pt-Pd ist.
3. Oxidsupraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das leitfähige Material (2) Ag ist.
4. Oxidsupraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge bzw. der Gehalt an dem leitfähigen Mate
rial (2) in den Anschlußteilen (1) 1-20 Gew.-% be
trägt.
5. Oxidsupraleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge bzw. der Gehalt an dem leitfähigen Mate
rial (2) in den Anschlußteilen (1) 5-15 Gew.-% be
trägt.
6. Oxidsupraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Länge (distance) der Anschlußteile (1), über
welche das leitfähige Material (2) eindiffundiert ist,
von den Endflächen des Oxidsupraleiters (3) aus 1/100
bis 3/10 seiner Gesamtlänge beträgt.
7. Oxidsupraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ferner eine Keramikschicht auf seine Umfangsfläche
aufgebracht ist.
8. Oxidsupraleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Keramikschicht (21) aus mindestens einem Ele
ment aus der Gruppe Aluminiumoxid, Siliziumnitrid und
Zirkonoxid besteht.
9. Verfahren zur Herstellung eines Oxidsupraleiters, um
fassend die folgenden Schritte:
(Preß-)Formen eines Oxidsupraleiterpulvers, welchem ein leitfähiges Metallpulver in Abschnitten entsprechend Anschlußteilen (1) eines Oxidsupraleiters zugemischt ist, und
Durchführen einer Wärmebehandlung am erhaltenen Form körper zwecks Bildung eines Oxidsupraleiters (3), bei dem ein leitfähiges Material (2) in die Anschlußteile (1), nicht aber in die anderen Bereiche eindiffundiert ist.
(Preß-)Formen eines Oxidsupraleiterpulvers, welchem ein leitfähiges Metallpulver in Abschnitten entsprechend Anschlußteilen (1) eines Oxidsupraleiters zugemischt ist, und
Durchführen einer Wärmebehandlung am erhaltenen Form körper zwecks Bildung eines Oxidsupraleiters (3), bei dem ein leitfähiges Material (2) in die Anschlußteile (1), nicht aber in die anderen Bereiche eindiffundiert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das leitfähige Material (2) aus mindestens einem
Element aus der Gruppe Ag, Au, Pt, Ag-Pd, Ag-Au, Ag-Cu,
Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt, Au-Cu, Pt-Pd, Silberoxid, Gold
oxid, Platinoxid, Palladiumoxid, Silberchlorid, Silber
jodid, Silberbromid, Silberfluorid, Goldchlorid, Platin
chlorid, Goldchloridsalz, Platinchloridsäure, Palladium
chlorid, Silbernitrat, Silbercarbonat, Silbersulfit,
Silbersulfat, Silbercyanid, Silberthiocyanid, Silber
thiosulfat, Silbersulfid und Silberdichromat besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das leitfähige Material (2) aus Ag besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge bzw. der Gehalt an dem leitfähigen Mate
rial (2) in den Anschlußteilen (1) 1-20 Gew.-% be
trägt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge bzw. der Gehalt an dem leitfähigen Mate
rial (2) in den Anschlußteilen (1) 5-15 Gew.-% be
trägt.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Länge (distance) der Anschlußteile (1), über
welche das leitfähige Material (2) eindiffundiert ist,
von den Endflächen des Oxidsupraleiters (3) aus 1/100
bis 3/10 seiner Gesamtlänge beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß ferner eine Keramikschicht (21) auf eine Umfangs
fläche (des Oxidsupraleiters) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Aufbringens der Keramikschicht
(21) das Sprüh- oder Spritzbeschichten mit mindestens
einem Element aus der Gruppe Aluminiumxoid, Silizium
nitrid und Zirkonoxid umfaßt.
17. Oxidsupraleiter, umfassend:
einen Oxidsupraleiter-Hauptkörper (11) und leitfähige Anschlußelemente (13) mit Abschnitten, die in beide Endabschnitte (12) des Oxidsupraleiter- Hauptkörpers (11) eingelassen oder eingebettet und darin festgelegt sind.
einen Oxidsupraleiter-Hauptkörper (11) und leitfähige Anschlußelemente (13) mit Abschnitten, die in beide Endabschnitte (12) des Oxidsupraleiter- Hauptkörpers (11) eingelassen oder eingebettet und darin festgelegt sind.
18. Oxidsupraleiter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß die leitfähigen Anschlußelemente (13) aus
mindestens einem Element aus der Gruppe Ag, Au, Pt,
Ag-Pd, Ag-Au, Ag-Cu, Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt, Au-Cu und
Pt-Pd bestehen.
19. Oxidsupraleiter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich
net, daß die leitfähigen Anschlußelemente (13) aus
Silber bestehen.
20. Oxidsupraleiter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß Abschnitte der leitfähigen Anschlußelemente
(13) in die beiden Endabschnitte des Oxidsupraleiter-
Hauptkörpers (11) so eingebettet oder eingelassen (buried)
sind, daß der folgenden Beziehung genügt wird:
S-S1<S2,
in welcher bedeuten:
S = Querschnittsfläche (cm²) des Oxidsupraleiters,
S1 = eine Oberfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußele ments (13) und
S2 = eine Oberfläche einer Seitenfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußelements (13).
S-S1<S2,
in welcher bedeuten:
S = Querschnittsfläche (cm²) des Oxidsupraleiters,
S1 = eine Oberfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußele ments (13) und
S2 = eine Oberfläche einer Seitenfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußelements (13).
21. Oxidsupraleiter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß die leitfähigen Anschlußelemente durch eine
Anzahl von stab- oder drahtförmigen Elementen (13)
gebildet sind.
22. Oxidsupraleiter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß die leitfähigen Anschlußelemente durch eine
Anzahl von plattenförmigen Elementen (13a, 13b) gebil
det sind.
23. Verfahren zur Herstellung eines Oxidsupraleiters, um
fassend die folgenden Schritte:
(Preß-)Formen eines Oxidsupraleiterpulvers, in wel chem Abschnitte von leitfähigen Anschlußelementen (13) in Abschnitte entsprechend Anschlußteilen (12) eines Oxidsupraleiters eingesetzt sind, und
Durchführen einer Wärmebehandlung am erhaltenen Formkörper zwecks Bildung eines Oxidsupraleiters, in welchen Abschnitte der leitfähigen Anschlußelemente (13) eingelassen oder eingebettet und darin festgelegt sind.
(Preß-)Formen eines Oxidsupraleiterpulvers, in wel chem Abschnitte von leitfähigen Anschlußelementen (13) in Abschnitte entsprechend Anschlußteilen (12) eines Oxidsupraleiters eingesetzt sind, und
Durchführen einer Wärmebehandlung am erhaltenen Formkörper zwecks Bildung eines Oxidsupraleiters, in welchen Abschnitte der leitfähigen Anschlußelemente (13) eingelassen oder eingebettet und darin festgelegt sind.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des (Preß-)Formens des Oxidsupraleiter
pulverS umfaßt:
(Preß-)Formen in der Weise, daß die leitfähigen Anschlußelemente (13) vollständig in die beiden End abschnitte des Formkörpers des Oxidsupraleiters einge bettet sind, und
Entfernen von Endabschnitten des Formkörpers zwecks Freilegung anderer Abschnitte der leitfähigen Anschluß elemente (13).
(Preß-)Formen in der Weise, daß die leitfähigen Anschlußelemente (13) vollständig in die beiden End abschnitte des Formkörpers des Oxidsupraleiters einge bettet sind, und
Entfernen von Endabschnitten des Formkörpers zwecks Freilegung anderer Abschnitte der leitfähigen Anschluß elemente (13).
25. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
die leitfähigen Anschlußelemente (13) aus mindestens
einem Element aus der Gruppe Ag, Au, Pt, Ag-Pd, Ag-Au,
Ag-Cu, Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt, Au-Cu und Pt-Pd bestehen.
26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die leitfähigen Anschlußelemente (13) aus Silber
bestehen.
27. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
Abschnitte der leitfähigen Anschlußelemente (13) in die
beiden Endabschnitte des Oxidsupraleiter-Hauptkörpers
(11) so eingebettet oder eingelassen (buried) sind,
daß der folgenden Beziehung genügt wird:
S-S1<S2,
in welcher bedeuten:
S = Querschnittsfläche (cm²) des Oxidsupraleiters,
S1 = eine Oberfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußelements (13) und
S2 = eine Oberfläche einer Seitenfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußelements (13) .
S-S1<S2,
in welcher bedeuten:
S = Querschnittsfläche (cm²) des Oxidsupraleiters,
S1 = eine Oberfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußelements (13) und
S2 = eine Oberfläche einer Seitenfläche eines in den Oxidsupraleiter eingebetteten Abschnitts eines Anschlußelements (13) .
28. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die leitfähigen Anschlußelemente durch eine Anzahl
von stab- oder drahtförmigen Elementen (13) gebildet
sind.
29. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß die leitfähigen Anschlußelemente durch eine Anzahl
von plattenförmigen Elementen (13a, 13b) gebildet sind.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2299547A JPH04171870A (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 酸化物超電導体およびその製造方法 |
JP2299548A JPH04171871A (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 酸化物超電導体およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4136395A1 true DE4136395A1 (de) | 1992-05-07 |
DE4136395C2 DE4136395C2 (de) | 1994-06-01 |
Family
ID=26561977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4136395A Expired - Fee Related DE4136395C2 (de) | 1990-11-05 | 1991-11-05 | Oxidsupraleiter mit Anschlußteilen |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4136395C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1276171A2 (de) * | 2001-07-10 | 2003-01-15 | Hitachi, Ltd. | Verbindungsstruktur für Supraleiter |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10324500B3 (de) * | 2003-05-26 | 2004-11-18 | Siemens Ag | Geregelte kryogene Stromzuführung |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2858052C2 (de) * | 1978-12-22 | 1986-03-20 | Leningradskoe proizvodstvennoe elektromašinostroitel'noe ob"edinenie "Elektrosila", Leningrad | Stromzuführung für eine kryogengekühlte elektrische Maschine |
DE3803285C2 (de) * | 1988-02-04 | 1992-07-16 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt, De |
-
1991
- 1991-11-05 DE DE4136395A patent/DE4136395C2/de not_active Expired - Fee Related
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EP1276171A2 (de) * | 2001-07-10 | 2003-01-15 | Hitachi, Ltd. | Verbindungsstruktur für Supraleiter |
EP1276171A3 (de) * | 2001-07-10 | 2004-04-07 | Hitachi, Ltd. | Verbindungsstruktur für Supraleiter |
Also Published As
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---|---|
DE4136395C2 (de) | 1994-06-01 |
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