DE4136395A1

DE4136395A1 - Oxidsupraleiter und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE4136395A1
Application number: DE4136395A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Yamamoto; Satoru Murase
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1992-05-07
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: DE4136395C2

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.

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

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.

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.

Beispiel 3

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.

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.

Beispiel 4

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.

Tabelle II

Beispiel 5

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.

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

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.

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.

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.

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).

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.

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).

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) .

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.