DE4339407A1

DE4339407A1 - Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Hochtemperatur-Supraleitern

Info

Publication number: DE4339407A1
Application number: DE4339407A
Authority: DE
Inventors: Gunter Dr Risse; Roland Dr Thielsch
Original assignee: Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1995-05-24

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Hochtemperatur-Supraleitern mit schmelztexturiertem Gefüge aus YBa₂Cu₃O_x- Material. Die erfindungsgemäß hergestellten Bänder sind vorteilhaft in der Energietechnik und im wissenschaftlichen Gerätebau einsetzbar.

Es sind Verfahren zur Herstellung von HTSL-Bändern begrenzter Länge aus YBa₂CU₃O_x-Material mittels "powder in tube"-Technologie allgemein bekannt, u. a. durch K. Fischer u. a., Cryogenics 1993 Vol 33, No 1 97-103. Dabei werden Kapseln aus Ag- oder einer AgPd-Legierung (üblicherweise wird eine Ag-Legierung mit 10 oder 15 Gew.% Pd verwendet) mit YBa₂Cu₃O_x-Pulver gefüllt, die Enden mit Ag verschlossen und Bänder durch Drahtziehen und Gesenkschmieden hergestellt und einer Wärmebehandlung unterzogen.

Um eine hohe Stromtragfähigkeit zu erzielen, ist es erforderlich, im HTSL-Kern der so hergestellten Bänder durch gerichtete Erstarrung der 123-Phase aus der partiellen Schmelze eine Textur zu erzeugen. Es kommt aber nur zur Herausbildung eines Gefüges aus bis mehreren Millimeter großen einkristallinen Bereichen, die untereinander deutliche Orientierungsunterschiede aufweisen. Auf Grund dieses Gefüges ist der erreichbare Transportstrom in diesen Materialien relativ gering und erreicht bei 77K, OT ca. 10³A/cm². Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß damit nur Bänder in begrenzter Länge Hersteller sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für längere HTSL-Bänder anzugeben, bei denen im HTSL-Kern Orientierungsunterschiede zwischen benachbarten 123-Kristallen gering gehalten werden können und eine Stromdichte in der Größenordnung von J_c∼10⁴A/cm² erreicht wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist durch die in den Patentansprüchen dargestellten Verfahrensschritte gelöst.

Danach wird zunächst nach dem Stand der Technik ein metallisches bandförmiges Substrat mit YBa₂Cu₃O_x-Material durch Bedampfen, mittels "doctor blade"- Verfahren oder durch Siebdruck beschichtet. Erfindungsgemäß wird auf die YBa₂Cu₃O_x-Schicht eine metallische Folie kraftschlüssig aufgebracht. Die metallische Folie enthält erfindungsgemäß mindestens ein Metall aus der Gruppe der Pt-Metalle. Danach wird das Band im Temperaturbereich zwischen 1000°C und 860°C, vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen 980 und 910°C in O₂-haltiger Atmosphäre oder mit Hilfe eines Atmosphärenwechsels von O₂-freier Atmosphäre zu O₂ oder von O₂-haltiger Atmosphäre zu O₂ schmelztexturiert und einer anschließenden O₂-Beladung in der Abkühlphase unterzogen.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die YBa₂Cu₃O_x-Schicht eine Dicke von 20 µm und die metallische Folie eine Dicke von <10 µm aufweisen.

Eine andere Ausführung der Erfindung sieht vor, die YBa₂Cu₃O_x-Schicht einer Temperaturbehandlung oberhalb der peritektischen Temperatur in O₂-freier oder O₂-haltiger Atmosphäre zu unterziehen, auf das so behandelte Band eine metallische Folie, die mindestens ein Metall aus der Gruppe der Pt-Metalle enthält, kraftschlüssig aufzubringen und danach das Band wie bereits beschrieben zu schmelztexturieren.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß an der Grenzfläche zwischen der YBa₂Cu₃O_x-Schicht und der Pt-Metall-haltigen Folie unter den erfindungsgemä ßen Verfahrensbedingungen ein gerichtetes Wachstum der 123-Phase beginnt und sich über den gesamten Querschnitt der YBa₂Cu₃O_x-Schicht ausbreitet. Durch die geringe Zeit, die der Wachstumsprozeß in der dünnen Schicht in Anspruch nimmt, wird eine Wiederzersetzung von bereits gebildeter 123-Phase vermieden.

Das Ergebnis ist ein ummanteltes HTSL-Band mit einem durchschnittlichen J_c-Wert von 10⁴A/cm² bei 77 K und OT.

Nachfolgend soll die Erfindung durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1

Ein Band aus einer AgPd15-Legierung wird mittels Bedampfung mit YBa₂Cu₃O_x- Material in 5 µm Dicke beschichtet und auf diese Schicht eine AgPd15-Folie einer Dicke von 4 µm aufgelegt, leicht angedrückt und durch Falzen kraftschlüssig mit dem Substrat verbunden. Anschließend wird das Band in N₂-Atmosphäre 5 Minuten bei 921°C getempert und 10 Minuten bei gleicher Temperatur in O₂-Atmosphäre gehalten. Danach wird eine übliche Beladung mit O₂ bei 450°C über mindestens eine Stunde durchgeführt.

Beispiel 2

Ein Band aus einer AgPd15-Legierung wird mittels Siebdruck mit YBa₂Cu₃O_x-Ma terial in 15 µm Dicke beschichtet. Das Band wird mit einem Gemisch von N₂ mit 5% O₂ 3 Minuten bei 985°C getempert, danach erfolgt die Belegung mit einer AgPd- Folie. Anschließend wird das Band 7 Minuten bei 985°C in O₂-Atmosphäre getempert und durch Bewegung in einem Temperaturgradienten abgekühlt. Die weitere Temperaturbehandlung erfolgt analog dem Beispiel 1.

Die entstehenden HTSL-Schichten weisen J_c-Werte in der Größenordnung von 10⁴A/cm² bei 77K auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Hochtemperatur-Supraleitern mit schmelztexturiertem Gefüge aus YBa₂Cu₃O_x-Material durch Beschichten eines metallischen bandförmigen Substrates mit diesem Material und Durchführung einer Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit einer metallischen Folie, die mindestens ein Metall aus der Gruppe der Pt-Metalle enthält, kraftschlüssig belegt wird und danach das Band im Temperaturbereich zwischen 1000°C und 860°C in O₂-haltiger Atmosphäre einer Schmelztex turierung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band im Temperaturbereich zwischen 980 und 910°C einer Schmelztexturierung unter zogen wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztexturierung mit einem Atmosphärenwechsel von O₂-freier Atmosphäre zu O₂ durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztexturierung mit einem Atmosphärenwechsel von O₂-haltiger At mosphäre zu O₂ durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die YBa₂Cu₃O_x-Schicht in einer Dicke 20 µm aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Folie, die mindestens ein Metall aus der Gruppe der Pt-Metalle enthält, in einer Dicke von <10 µm verwendet wird.

7. Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Hochtemperatur-Supraleitern aus YBa₂Cu₃O_x-Material durch Beschichten eines metallischen bandförmigen Substrates mit diesem Material und Durchführung einer Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die YBa₂Cu₃O_x-Schicht einer Temperaturbe handlung oberhalb der peritektischen Temperatur in O₂-haltiger oder O₂-freier Atmosphäre unterzogen wird, auf das so behandelte Band eine metallische Folie , die mindestens ein Metall aus der Gruppe der Pt-Metalle enthält, kraft schlüssig aufgebracht und danach das Band nach den Patentansprüchen 1 bis 6 weiterverarbeitet wird.