DE4243439A1

DE4243439A1 - Verfahren zur Herstellung eines draht- und bandförmigen Hochtemperatursupraleiters

Info

Publication number: DE4243439A1
Application number: DE4243439A
Authority: DE
Inventors: Eckehard Dr Klemt; Wolfgang Dr Knaak
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-06-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel lung eines draht- oder bandförmigen Hochtemperatursupra leiters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche draht- oder bandförmigen Hochtemperatursupraleiter kommen beispielsweise dort zum Einsatz, wo elektrische Leiter erforderlich sind, die in der Lage sind, Ströme mit mehreren Tausend Ampere/cm² zu tragen. Aus der EP 0 503 525 A1 ist beispielsweise ein draht- oder bandförmi ger Hochtemperatursupraleiter bekannt, für dessen Her stellung supraleitendes Material oder Material, das nach einer Wärmebehandlung supraleitende Eigenschaften auf weist, in Hülsen gefüllt wird. Diese Hülsen werden aus Silber gefertigt. Das eingefüllte supraleitende Material kann in dieser Form, durch Ziehen, Walzen und Reaktions glühen in einen texturierten draht- oder bandförmigen Hochtemperatursupraleiter umgewandelt werden. Aus Silber gefertigte Hülsen werden deshalb verwendet, da sie sauer stoffdurchlässig sind, und damit das in die Hülsen ge füllte keramische Material bei der Wärmebehandlung in su praleitendes Material umgewandelt werden kann.

Von Nachteil hierbei ist, daß die aus Silber gefertigten Hülsen zu weich sind, und die daraus hergestellten draht- oder bandförmigen Hochtemperatursupraleiter keinen hohen Zugbelastungen ausgesetzt werden können. Beim Reaktions glühen rekristallisiert das Silber in einem solchen Maß, daß die Hülse des Drahtes unter Umständen nur noch die Dicke eines einzigen Silberkorns hat. Es besteht deshalb die Gefahr, daß das in die Hülsen eingefüllte Material längs der Korngrenzen austritt und verlorengeht, so daß damit die supraleitenden Eigenschaften insgesamt ver schlechtert werden. Da Silber wesentlich weicher ist, als das in die Hülsen eingefüllte supraleitende Material, entstehen beim Ziehen, Walzen oder Pressen mechanische Instabilitäten. Hierdurch wird der effektive Supraleiter querschnitt, die Textur und damit die Stromtragfähigkeit verringert. Ferner hat Silber eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit, weshalb die hieraus gefertigten Hülsen bei allen Wechselstromanwendungen wegen der Stromverluste von Nachteil sind.

Der Erfindung liegt die deshalb die Aufgabe zugrunde, ei nen draht- oder bandförmigen Hochtemperatursupraleiter aufzuzeigen, bei dem die aus dem Stand der Technik be kannten Nachteile ausgeschlossen sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspru ches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden anstelle von Hülsen aus reinem Silber Hülsen aus Silberlegierungen verwendet. Hierfür eignet sich besonders gut eine Silbermagnesiumlegierung, eine Silberaluminiumlegierung, eine Silberwismutlegierung oder einer Silberbleilegierung. Um den Schmelzpunkt nicht zu erniedrigen und die Wirkung des Silbers auf das supra leitende Material nicht zu beeinträchtigen, werden die zusätzlichen metallische Anteile dieser Silberlegierungen kleiner als 5% bezogen auf das Gesamtgewicht der Legie rung gehalten. Eine aus dieser Legierung gefertigte Hülse wird entweder vor dem Einfüllen des pulverförmigen Mate rials oder während des Reaktionsglühens oxidiert. Damit wird das Silber mit sehr feinen Magnesiumoxid-, Alumini umoxid, Wismutoxid oder Bleioxidausscheidungen angerei chert, deren Durchmesser kleiner 50 nm sind. Die metalli schen Zusätze werden nach den Gesichtspunkten gewählt, daß die oben genannten Metalloxide auch während des Reak tionsglühens stabil bleiben bzw. das supraleitende Mate rial nicht negativ beeinflussen. Magnesiumoxid und Alumi nimoxid bleiben auch beim Reaktionsglühen stabil. Wismut und Blei sind meist in dem Basismaterial enthalten, wel ches das supraleitende Material bildet. Sollte Wismut- oder Bleioxid beim Reaktionsglühen teilweise zersetzt werden, so üben diese Metalle keinen negativen Einfluß auf das supraleitende Material ausüben. Die mechanischen Instabilitäten werden durch diese Maßnahmen unterbunden. Die Rekristallisation der Hülse wird eingeschränkt und die elektrische Leitfähigkeit ist gegenüber einer reinen Silberhülse wesentlich reduziert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.

Wie die einzige zur Beschreibung gehörende Figur in Posi tion 1 zeigt, wird zur Herstellung des erfindungsgemäßen draht- oder bandförmigen Hochtemperatursupraleiter 1 eine zylinderförmige Hülse 2 mit einem Werkstoff 10 gefüllt, der bereits supraleitende Eigenschaften aufweist oder diese bei einer anschließenden Wärmebehandlung erhält. Die Hülse 2 weist bei dem hier dargestellten Beispiel einen Durchmesser von 0,5 bis 13 cm auf. Sie ist ca. 20 bis 100 cm lang. Die Abmessungen der Hülse 2 können auch größer oder kleiner gewählt werden. Die Hülse 2 ist aus einer Silberlegierung gefertigt. Die Legierung weist ne ben Silber vorzugsweise Magnesium, Aluminium, Wismut oder Blei als Zusätze auf. Die Anteile dieser Zusätze sind kleiner als 5% bezogen auf das Gesamtgewicht der Legie rung. Die Hülse 2 wird bei dem hier beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel mit einem keramischen Werkstoff 10 in Form eines Pulvers gefüllt, der bei dem anschließenden Reakti onsglühen seine supraleitenden Eigenschaften erhält. Vor zugsweise wird Wismutkuprat mit oder ohne Bleizusatz ver wendet, das die Struktur Bi₂Cr₂Ca₂Cu₃O₁₀ oder Bi₂Cr₂Ca₁Cu₂O₈ aufweist. Die mit dem Material 10 ausge füllte Hülse 2 wird anschließend so gezogen, daß ihr ur sprünglicher Durchmesser auf einen Wert von 0,1 bis 1 cm reduziert wird, wie in Position B dargestellt. Soll der erfindungsgemäße Hochtemperatursupraleiter 1 bandförmig ausgebildet werden, so wird die gezogene Hülse 2 an schließend gewalzt, so daß das in Position C dargestell tes Band ausgebildet wird. Anschließend wird der draht- oder bandförmige Hochtemperatursupraleiter 1 bei 800 bis 850°C geglüht. Hierdurch kommt es zu einer Oxidation des Hülsenmaterial. Je nachdem welcher Legierungszusatz ge wählt wurde, wird Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Wismuto xid oder Bleioxid gebildet. Eine Oxidation des Hülsenma terials kann auch vor dem Einfüllen der pulverförmigen keramischen Werkstoffs 10 durchgeführt werden. Hierdurch wird das Silber mit feinen Ausscheidungen eines Metall oxids in Form von Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Wismut oxid oder Bleioxid angereichert, das einen Durchmesser kleiner 50 nm aufweist. Damit wird die Rekristallisation des Silbers eingeschränkt, so daß die Hülsendicke mindes tens so groß bleibt, daß kein supraleitendes Material austreten kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines draht- oder band förmigen Hochtemperatursupraleiter (1) aus einem supra leitenden Material (10), das von einer metallischen Hülse (2) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) aus einer Legierung gefertigt wird, die als wesentli che Bestandteile Silber und einen Zusatz in Form eines weiteren Metalles aufweist, dessen Anteil unter 5% bezo gen auf das Gesamtgewicht der Legierung liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Legierung als Zusatz Magnesium, Aluminium, Wismut oder Blei enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) vor dem Einfüllen des keramischen Werkstoffs (10) oder beim Reaktionsglühen oxidiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß in die Hülse Wismutkuprat in Form von Bi₂Cr₂Ca₂Cu₃O₁₀ oder Bi₂Cr₂Ca₁Cu₂O₈ mit oder ohne Bleizusatz eingefüllt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die gefüllte Hülse (2) gezogen, gewalzt und einem Reaktionsglühen bei 800 bis 850°C zur Umwandlung des keramischen Materials (10) in ein supra leitendes und zur Ausbildung einer Textur innerhalb des supraleitenden Materials unterzogen wird.