DE69114160T2 - Herstellungsverfahren eines ausgerichteten und strukturierten Körpers. - Google Patents

Herstellungsverfahren eines ausgerichteten und strukturierten Körpers.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines orientierten und texturierten Materials.
  • Sie betrifft insbesondere die Herstellung von magnetischen Materialien, die dazu bestimmt sind, "weiche" oder "harte" Magneten oder Hochtemperatursupraleiter zu bilden.
  • GB-A-977 596 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von ferromagnetischen Verbindungen, und zwar unter Verwendung einer Levitation bzw. einem Schweben, der Wirkung eines Hochfreguenzinduktionsfeldes und einem schnellen Abschrecken.
  • Insbesondere sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines orientierten und texturierten magnetischen Materials in einem Gefäß vor, und zwar unter Verwendung von folgendem in Kombination:
  • einem orientierungseffekt, verursacht durch ein magnetisches Feld, der Keime oder Kristalliten des Materials, das hergestellt werden soll, wobei dieses Material in einem geschmolzenen Zustand oder dispergiert bzw. verteilt in einer geschmolzenen Verbindung ist;
  • einem Sedimentationseffekt, verursacht durch eine magnetische Kraft, um die Keime oder Kristallite des erforderlichen Materials während ihrer Bildung in demselben Gebiet des Gefäßes zu sammeln, und zwar im allgemeinen an den Boden, wodurch eine Reinigungswirkung verursacht wird, da die unterschiedlichen parasitischen Teilchen, die geeignet sind, in der geschmolzenen Masse oder in der Dispersion zu existieren, und die eine magnetische Suszeptibilität aufweisen, die von derjenigen des erforderlichen Materials sehr verschieden ist, nicht mit derselben Effizienz wie das erforderliche Material angezogen werden; und
  • einen Texturierungseffekt, der mit der Erzeugung eines Temperaturgradienten in dem Gebiet, in dem die Sedimentation auftritt, assoziiert ist, um eine Aggregation oder Solidifizierung gemäß den Wachstumsachsen des erforderlichen Materials zu verbessern, um es als einen Einkristall oder orientierte Kristalliten zu erhalten.
  • Bevor die Erfindung in größerer Einzelheit erklärt wird, soll an einige allgemeine Magnetisierungsgesetze, die die Erfindung verwendet, erinnert werden.
  • Zunächst besitzen magnetische Materialien eine magnetische Suszeptibilität X, die im allgemeinen anisotrop ist. Zum Beispiel gibt es Materialien, die eine Achse der leichten Magnetisierung besitzen, die im folgenden Achse c genannt wird, wobei die zwei anderen Achsen die Achsen a und b sind. Somit, falls X die magnetische Suszeptibilität ist, ist die Differenz bzw. der Unterschied in der magnetischen Suszeptibilität zwischen der Achsen der leichten Magnetisierung (c) und den harten Richtungen (a und b):
  • ΔX = Xc - Xab
  • Falls ein Magnetfeld B angelegt wird, neigen die Teilchen dazu, gemäß ihren Achsen der leichten Magnetisierung orientiert zu werden und ein Energiegewinn ΔE wird erzeugt bezüglich dem Fall eines Materials mit einer zufälligen Verteilung der magnetischen Achsen:
  • ΔE = V B² ΔX/2µ&sub0;
  • wobei V das betrachtete Volumen und µ&sub0; = 4π 10&supmin;&sup7; in internationalen Einheiten (I.U. = international units) ist.
  • Falls es erforderlich ist, ein magnetisches Material in einem Feld zu orientieren bzw. auszurichten, muß dieser Energiegewinn ΔE wesentlich höher als die Energie sein, die mit der thermischen Bewegung, nämlich kT assoziiert ist, wobei T die absolute Temperatur und k die Boltzmann-Konstante ist.
  • Das Ergebnis dieses Vergleichs gibt die Definition von Volumina oder elementaren Domänen bzw. Bereichen, die geeignet sind, zufriedenstellend orientiert zu werden. Zum Beispiel für ein YBA&sub2;Cu&sub3;0&sub7;-Korn von 1 µm³, das einen Hochtemperatursupraleiter aufbaut, wird ΔX ungefähr 10&supmin;&sup5; I.U. sein, was ΔE/kT = 10&sup4; bei T = 1500 K und für B = 5 Tesla gibt, das heißt, ΔE » kT. Aber Δ E/kT ist gleich 10, und zwar nur, falls die Korngröße auf 10&supmin;³ µm³ abnimmt.
  • Der einfachste Fall einer uniaxialen Anisotropie wird hier betrachtet werden. Jedoch ist bekannt, daß einige magnetische Materialien mehrere äquivalente Achsen einer leichten Magnetisierung und sogar eine Ebene leichter Magnetisierung besitzen können. Diese magnetische Anisotropie kann sehr hoch sein, wenn das Material magnetisch geordnet ist, insbesondere wenn es ferromagnetisch ist. In dem paramagnetischen Zustand ist die magnetische Anisotropie sehr niedrig, aber oft ausreichend für eine Ausrichtung unter einem Magnetfeld.
  • Andererseits, wenn man die an ein Material angelegte magnetische Kraft betrachtet, und zwar in dem Fall einer (magnetischen) Induktion B mit einem Gradienten dB/dz, wobei das Produkt B dB/dz ungefähr 500 T²/m ist, kann gezeigt werden, daß eine Seltenerd- Verbindung (R-Verbindung R= are earth) des Typs RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7; bei 1500 K einer Kraft von ungefähr 7mal der Schwerkraft ausgesetzt sein wird, falls R Dysprosium oder Erbium ist, und ungefähr 0,5mal der Schwerkraft, falls R Neodym ist. Eine Verbindung des Typs Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B wird bei 1500 K einer Kraft gleich 30mal der Schwerkraft ausgesetzt sein und bei der eutektischen Verfestigungstemperatur bzw. Solidifizierungstemperatur bei ungefähr 1000 K einer Kraft von gleich 50mal der Schwerkraft ausgesetzt sein. Diese Größenordnungen zeigen, daß die Sedimendationseffekte, die mit dem Vorhandensein einer magnetischen Kraft auf ein magnetisches Material assoziiert sind, Leistungen sicherstellen, die im wesentlichen gleich denjenigen sind, die mit Zentrifugentechniken erhalten wurden.
  • Die Prinzipien, an die oben erinnert wurde, sind beabsichtigt, den orientierungseffekt ins Gedächtnis zurückzurufen, der erhalten werden kann, und zwar durch das Anlegen eines magnetischen Feldes, und die Sedimentationseffekte, die von der Anlegung einer magnetischen Kraft resultieren können.
  • Außerdem ist es bekannt, daß, um die Solidifizierung eines Materials gemäß seiner bevorzugten Wachstumssachse oder -ebene zu erleichtern, es erforderlich ist, während des Abkühlens einen Temperaturgradienten in der Richtung dieser Wachstumsachse oder -ebene anzulegen. In der Praxis bedeutet dies, daß in dem Fall eines Materials, das im Begriff der Solidifizierung in ein Gefäß plaziert wurde, und auf den unteren Teil dieses Gefäßes sedimentiert, der Boden oder die Wände dieses Gefäßes während der Solidifizierung vorzugsweise abgekühlt werden.
  • Somit sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines orientierten und texturierten Materials vor, das die folgenden Schritte aufweist:
  • a) Präparieren bzw. Herstellen einer Zusammensetzung bei einer Temperatur, so daß sie Kristallite des Materials in der Anwesenheit einer Flüssigkeit aufweist
  • b) Aussetzen der Zusammensetzung einer magnetischen Kraft, die eine Sedimentation von Kristalliten erzeugt,
  • c) Abkühlen in der Anwesenheit einer magnetischen Kraft, während man einen geeigneten Temperaturgradienten anlegt, um die Entwicklung einer erforderlichen bzw. gewünschten Textur in dem Sedimentationsgebiet zu verbessern.
  • Gemäß einer ersten Variante der Erfindung stammen die Kristallite des Schrittes a) aus Einkristallteilchen des erforderlichen magnetischen Materials, die mit einem zweiten Material gemischt sind, dessen Schmelztemperatur magnetische Suszeptibilität kleiner als diejenigen des erforderlichen Materials sind, wobei die Zusammensetzung auf eine Temperatur des zweiten Materials und niedriger als, aber nahe bei der Schmeiztemperatur des erforderlichen magnetischen Materials erwärmt wird.
  • Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung wird der Schritt a) erreicht unter Verwendung des erforderlichen magnetischen Materials in einer Bulk-Form bzw. einer massiven Form und Erwärmen dieses Materials bis zu dem flüssigen Zustand, und zwar ohne Überhitzen, so daß zahlreiche Keime des erforderlichen Materials kleiner Größe verbleiben.
  • Gemäß einer dritten Variante der Erfindung besteht der Schritt
  • a) aus dem Verwenden des erforderlichen magnetischen Materials in dem festen Zustand, dann Erwärmen von diesem auf eine Temperatur höher als seinen Schmelzpunkt und langsames Abkühlen, bis die ersten Keime des Materials erscheinen.
  • Gemäß einer vierten Variante der Erfindung weist der Schritt a) folgende Schritte auf: Verwenden einer Kombination von Materialien, die feste Teilchen bzw. Partikel aufweisen, die das erforderliche magnetische Material aufbauen, aber die noch nicht reagiert haben, wobei diese Partikel in Suspension in einer nicht reagierenden Flüssigkeit sind, und wobei die gesamte Zusammensetzung bzw. Verbindung auf eine Temperatur niedriger als die Schmelztemperatur der aufbauenden Teilchen erwärmt wird.
  • Die vorhergehenden sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von spezifischen Ausführungsbeispielen und Beispielen gemäß der Darstellung der Begleitzeichnung offenbar werden. In der Zeichnung zeigt:
  • Fig. 1 sehr schematisch eine Einrichtung zum Implementieren des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Fig. 2 die Verteilung des magnetischen Felds und der magnetischen Kraft in einer Spule, wie derjenigen der Fig. 1;
  • Fig.3A-3D Ausführungsbeispiele von jeder der vier Varianten der Erfindung zum Herstellen von Nd&sub2;Fe14B;
  • Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der zweiten Variante der Erfindung zum Herstellen von Sm&sub2;T&sub1;&sub7;; und
  • Fig.5A-5D jeweils Ausführungsbeispiele von jeder der vier Varianten der Erfindung zum Herstellen von RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;.
  • Fig. 1 stellt sehr schematisch eine Einrichtung zum Implementieren des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Diese Einrichtung weist eine Spule 1 auf. Ein System von kartesischen Koordinaten (x, y, z) besitzt seinen Ursprung in dem Mittelpunkt der Spule. Die Spule 1 ist so angeordnet, daß sie ihre Achse, die der Achse z der Bezugsachsen entspricht, gemäß dem Schwerkraftsfeld orientiert bzw. ausgerichtet ist, wobei diese Orientierung im folgenden "vertikal" genannt wird.
  • Ein Tiegel 2 ist in der Spule 1 plaziert, so daß seine Achse im wesentlichen mit der Achse der Spule zusammenfällt. Der Tiegel 2 kann vertikal bewegt werden und ist aus einem nicht-magnetischen Material hergestellt. Ein (nicht gezeigter) Ofen ist innerhalb der Spule vorgesehen und umgibt den Tiegel.
  • Fig. 2 zeigt die Intensität B der Induktion auf der Achse z als eine Funktion der Höhe z, wenn ein Strom in der Spule einströmt. Die Induktion ist maximal für z = 0 und nimmt progressiv ab, wenn der Absolutwert von z ansteigt. Dann existiert auf der Spulenachse für Werte von z, die von Null verschieden sind, einerseits eine magnetische Induktion B und andererseits ein magnetischer Induktionsgradient dB/dz.
  • Falls ein magnetisches Material mit einer magnetischen Suszeptibilität X in den Tiegel 2 plaziert wird, wird es gemäß den elektro-magnetischen Gesetzen einer Kraft
  • (X/µ&sub0;) B dB/dz (µ&sub0; = 4π x 10&supmin;&sup7; in internationalen Einheiten) ausgesetzt sein. Die Kurve, die B dB/dz darstellt, ist in Fig. 2 ebenfalls als eine Funktion der Position z auf der Spulenachse dargestellt. Die Induktion ist immer positiv. Für Werte von z größer als Null steigt die Induktion an, wenn z von Null ausgeht und der Induktionsgradient ist negativ. B dB/dz und somit die magnetische Kraft (X/µ&sub0;) B dB/dz sind deshalb negativ, da die magnetische Suszeptibilität positiv ist. Sie erreichen einen maximalen Wert für eine Position z = zm, und zwar entsprechend der Region mit maximaler Steigung der Induktionskurve.
  • In dem ausgewählten Bezugssystem ist das Gewicht negativ. Somit wird die magnetische Kraft (X/µ&sub0;) B dB/dz zu dem Gewicht hinzugefügt, wenn die Kraft negativ ist, d. h. für Werte von z größer als Null.
  • Zum Beispiel verwendet man eine supraleitende Spule mit Multifilamenten bzw. - drähten aus Niobtitan (NbTi) und aus Niobzinn (Nb&sub3;Sn) zum Erzeugen einer hohen magnetischen Induktion von ungefähr 12 Tesla. Der Innendurchmesser der Spule wird in diesem besonderen Fall etwas höher als ein Zehntel eines Meters (0,15 m) ausgewählt. Der Wert des Produkts B dB/dz variiert von Null für z = 0 zu einem Wert von 500 T²/m für eine Höhe z von ungefähr 0,1 m (0,08 m), und zwar für eine Spule, die in einem ringförmigen (nicht gezeigten) Kryostat plaziert wurde, der einen Zylinder mit einem Durchmesser von 0,1 m bei normaler Temperatur freiläßt.
  • Falls der Tiegel 2 vertikal bewegbar ist, ist es möglich, entweder ein Magnetfeld mit einer magnetischen Kraft, die im wesentlichen Null ist, an der Nähe von z = 0 anzulegen oder ein Feld und eine im wesentlichen magnetische Kraft in der Nähe von z = zm anzulegen.
    • BEISPIEL 1 HERSTELLUNG VON NdFeB
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben, und zwar gemäß seiner vier Varianten zum Erhalten einer Verbindung bzw. einer Zusammensetzung, wie zum Beispiel NdFeB, das ein Material ist, das verwendet wird, um Permanentmagneten zu bilden. Dieses Material kombiniert sowohl eine sehr hohe Koerzitivität als auch eine sehr hohe magnetische Energie. Um die Koerzitivität zu erhöhen, muß das Material durch Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B-Kristallite kleiner Größe aufgebaut sein, deren c-Achse so orientiert ist, um die höchstmöglich verbleibende bzw. remanente Induktion vorzusehen.
    • BEISPIEL 1-Variante 1
  • Man geht von einer Pulver- bzw. Pudermischung einer Legierung aus NdFeB, die auf dem Markt erhältlich ist, und zwar mit einer typischen Zusammensetzung (in Atom-%) 77 Fe, 15,3 Nd, 717 B, und einer eutektischen Nd&sub3;Fe-Legierung, so daß das Atomverhältnis von Neodym in der Mischung ungefähr 40 % ist.
  • Wie in Fig. 3A gezeigt ist, wird die Mischung zuerst von 300 ºC auf 1110 ºC erwärmt. Das Nd&sub3;Fe-Eutektikum ist flüssig von 700 ºC, während Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B nicht vollständig in dem Eutektikum bei 1100 ºC aufgelöst ist. Vorzugsweise wird dieser Schritt in einer inerten Atmosphäre erreicht. Dann wird ein Feld angelegt zum Orientieren bzw. Ausrichten der Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B-Kristallite, und der Tiegel wird in das Gebiet entsprechend der Abszisse zm bewegt, um die Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B-Kristallite zu sedimentieren, die orientiert verbleiben und sich an dem Boden des Tiegels anhäufen, um Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B-Körner mit Nd&sub3;fe als Korngrenzen zu bilden. Der größte Teil des Nd&sub2;Fe ist an der Oberfläche des Tiegeis angeordnet. Dann wird eine Abkühlphase, die relativ schnell sein kann, zum Beispiel 90 Minuten, wie in Fig. 3A angezeigt ist, durchgeführt. Ist einmal das feste bzw. solide Material erhalten, kann der untere Teil Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B von dem oberen Teil (Nd3Fe und Verunreinigungen) abgesägt werden.
    • BEISPIEL 1 - Variante 2
  • In dieser Variante geht man von einer üblichen gegossenen NdFeB- Legierung aus, die auf dem Markt erhältlich ist, und zwar mit einer typischen Zusammensetzung (in Atom-%) 77 Fe, 15,3 Nd, 7,7 B, so daß die Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B Verbindung in der Anwesenheit eines Überschusses von Nd&sub3;fe eutektisch (ungefähr 10 %) ist.
  • Wie in Fig. 3B gezeigt ist, wird die Zusammensetzung, die in dem Tiegel 2 enthalten ist, auf eine Temperatur erwärmt, die von 1170 ºC bis 1185 ºC reicht, das heißt, eine Temperatur höher als die Schmelztemperatur von Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B, aber ohne zu überhitzen, wodurch einige Keime verbleiben, die durch Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B-Kritallite aufgebaut sind.
  • Unter dem Effekt des magnetischen Feldes werden die Keime orientiert und wegen der Anlegung einer magnetischen Kraft werden sie auf dem Boden des Tiegels sedimentiert.
  • Während des Abkühlens häufen sich diese Keime progressive an. Der Ofen, der den Tiegel enthält, ist so gebaut, daß Kühlen von dem Umfang zu dem Kern hin erreicht wird. Somit wird das erforderliche Material mit einer orientierten Struktur mit einer vertikalen c-Achse erhalten Außerdem sei bemerkt, daß dieses Verfahren den Vorteil besitzt, mögliche Verunreinigungen an der Oberfläche der Zusammensetzung zu erlassen, wenn das Material abkühlt (dasselbe Phänomen würde in den anderen Varianten des hier beschriebenen Verfahrens auftreten).
    • BEISPIEL 1 - Variante 3
  • Dieselbe anfängliche Mischung wie in Variante 2 wird verwendet.
  • Der thermische Zyklus ist in Fig. 3C dargestellt. Das Material wird oberhalb der Schmeiztemperatur erwärmt, um ein Überhitzen zu erzeugen und um Keime zu eliminieren. Dann wird das Material langsam auf 1050 ºC unter einer magnetischen Kraft abgekühlt, zum Beispiel bei einer Rate von 20 ºC pro Stunde, um das sedimentierte Material bei dem Boden des Tiegels direktional bzw. richtungsmäßig zu solidifizieren. Außerdem wird ein horizontaler Temperaturgradient von dem Umfang zu dem Mittelpunkt des Tiegels hin auferlegt, und zwar zum direktionalen und progressiven Solidifizieren des Materials von dem Umfang zu dem Kern hin. Das Anlegen einer magnetischen Kraft HdH/dz veranlaßt, daß sich mögliche λ-Eisenreste zu der Oberfläche der Flüssigkeit hin bewegen. Nach der Solidifizierung werden α-Eisen-Spuren an der Oberfläche des solidifizierten Barrens gefunden, wobei Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B-Kristallite gemäß der vertikalen c-Achse orientiert sind.
    • BEISPIEL 1 - Variante 4
  • In diesem Fall geht man von dünnen Pulvern aus entehtischem Fe&sub3;Nd, Fe&sub2;B und Eisen gemäß dem minimalen Verhältnis von 15,3 Fe&sub3;Nd, 7,7 Fe&sub2;B, 15,8 Fe mit einem Überschuß von Fe&sub3;Nd-Eutektikum aus.
  • Wie in Fig. 3D gezeigt ist, wird die Verbindung auf eine Temperatur von 920 ºC für 1 Stunde unter einem Feld von beispielsweise ungefähr 1 Tesla erwärmt, um orientierte Kristallite mit einer Größe in der Größenordnung von 1 µm und mit einem hohen Koerzitivfeld zu erhalten. Abkühlen im Ofen mit HdH/dz von ungefähr 10 T²/m gestattet
  • Nd&sub2;Fe&sub1;&sub4;B zu sedimentieren und überschüssiges Eutektikum an der Oberfläche vorzusehen, wovon man es dann eliminieren kann. Somit wird ein Element, das durch orientierte Partikel bzw. Teilchen mit einer Größe von ungefähr 1 µm aufgebaut wird, und ein hohes Koerzitivfeld erhalten.
    • BEISPIEL 2 ERZEUGUNG DES PERMANENTMAGNETEN Sm&sub2;T&sub1;&sub7;
  • Hier betrachtet man die Produktion von Permanentmagneten, deren allgemeine Formel Sm&sub2;T&sub1;&sub7; ist, wobei T eine Mischung von Metallen der Übergangsserien (Eisen- und Zirkonserien) entspricht. Zum Beispiel wird man Smx-Coy-Cu(7 Atom-%), -Fe(22 Atom-%)-Zr(2 Atom-%) in Betracht ziehen, wobei x von 11 bis 12% und y von 58 bis 57 % reichen. Diese Verbindungen besitzen eine Curie-Temperatur dicht bei 1200 K und eine Achse einer leichten Magnetisierung, und zwar entsprechend der Achse c der kristallographischen Struktur.
  • Diese Verbindung kann hergestellt werden durch Verwendung der Variante 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Probe bei 1190 ºC gehärtet bzw. geglüht, und zwar für 30 Minuten unter HdH/dz = 10 T²/m. Dann wird sie von 1190 ºC auf 1150 Cº unter derselben magnetischen Kraft abgekühlt. Während der Kühlphase scheiden sich die Sm&sub2;T&sub1;&sub7; Verbindungsteilchen, die durch die magnetische Kraft mitgeführt werden, an dem Boden des Tiegels ab, wenn sie erscheinen. Die Flüssigkeit ist mit Samarium angereichert. Wenn eine Temperatur von 1150 ºC erreicht ist, wird ein schnelles Abkühlen durchgeführt und kann durch ein Aushärten bzw. Glühen für wenige Stunden bei 800 ºC gefolgt sein, um das Koerzitivfeld zu verbes sern.
  • Die magnetische Kraft gestattet ein Sedimentieren der erforderlichen Verbindung, während sie während der Abkühlphase erscheint und erleichtert das Sintern der Sm&sub2;T&sub1;&sub7;-Phase mit einer orientierten Struktur. Die überschüssige SmT&sub5;-Phase wird während des Sinterns herausgestoßen und verbleibt konzentriert oberhalb Sm&sub2;T&sub1;&sub7;, weil ihre Suszeptibilität niedriger als diejenige von Sm&sub2;T&sub1;&sub7; ist. Samariumoxide werden auf der Oberfläche schwimmen, weil ihre Suszeptibilität viel kleiner als diejenige der anderen Elemente ist.
    • BEISPIEL 3 HERSTELLUNG VON RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-δ
  • Nun wird die Herstellng von einigen Niedrig-Temperatursupraleitermaterialien, die bei einer hohen Temperatur eine anisotrope magnetische Suszeptibilität besitzen, betrachtet werden.
  • Um hohe kritische Ströme zu erhalten, müssen Materialien so texturiert sein, daß Ströme entlang Ebenen ab der kristallographischen Struktur anstelle von entlang der c-Achse strömen.
  • Insbesondere wird die Bildung von Verbindungen des Typs RBa2CU307-δ, wobei R eine seltene Erde oder eine Mischung von seltenen Erden ist, betrachtet werden. Die magnetische Suszeptibilität dieser Verbindungen ist maximal gemäß der Achse c in Fällen, wie zum Beispiel dem von RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-δ oder in der Ebene ab in Fällen, wie zum Beispiel ErBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-δIn diesen Verbindungen ist das Kristallwachstum maximal in der Richtung der Ebenen ab.
  • Man trifft deshalb auf zwei Fälle für die Orientierung des Feldes bezüglich des Temperaturgradienten ΔT.
  • Falls die Achse der leichten Magnetisierung parallel zu der Achse c ist, ist ΔT horizontal und das Feld ist vertikal. Zum Beispiel wird es möglich sein, in einem vertikalen Ofen den natürlichen Ofenradialgradienten zu verwenden, der auftritt, sobald das Kühlen beginnt.
  • Für eine Ebene der leichten Magnetisierung parallel zu ab, wird man eine Konfiguration auswählen, wie zum Beispiel ΔT parallel zu der vertikalen Achse. Es wird zum Beispiel in einem vertikalen Ofen möglich sein, die Probe gemäß der vertikalen Achse zu bewegen, um die Feststoff-Flüssigkeit-Grenze bzw. -Interface vertikal zu bewegen.
  • Eine Implementierung der Erfindung auf Verbindungen des Typs RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7; wird nun gemäß ihren vier Varianten beschrieben werden.
    • BEISPIEL 3 - Variante 1
  • Man geht von RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-Kristalliten aus, und zwar orientiert oder nicht-orientiert bei einer gewöhnlichen Temperatur, wobei diese Teilchen zu Silberoxidpulver (30 bis 40 %) gemischt und dann unter ungefähr 200 MPa kaltgepreßt werden.
  • Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wird die Mischung in einem Tiegel plaziert und auf 1050 ºC für 30 Minuten in einem gleichförmigen Feld von mehreren Tesla erwärmt. Die anfängliche Mischung ist nicht vollständig geschmolzen, wobei nur das Silberoxid geschmolzen ist.
  • Der Tiegel 2 wird dann zu der Position der maximalen magnetischen Kraft bewegt, um eine Sedimentation der erforderlichen bzw. gewünschten Verbindung zu erreichen. Dann wird der Tiegel langsam abgekühlt, zum Beispiel ungefähr 1 ºC pro Stunde auf eine Temperatur (950 ºC), die niedriger ist, als die Solidifizierungstemperatur von Silber; danach kann er schneller abgekühlt werden.
  • Als Folge wird festes RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-δ an dem Boden des Tiegeis erhalten. Überschüssiges Silber bewegt sich auf die Oberseite des Supraleiters. Parasitische Phasen, wie zum Beispiel Bariumcarbonat und Kupferoxid erscheinen über der Silberoberfläche.
    • BEISPIEL 3 - Variante 2
  • Dasselbe anfängliche Produkt in dem Fall der Variante 1 wird verwendet, aber ohne Silber. Dann wird der Schritt von Fig. 5B erreicht, das heißt grob derselbe Schritt wie derjenige der Fig. 5A aber mit höheren Stufen, so daß die gewünschte Verbindung ohne Überhitzung schmilzt.
    • BEISPIEL 3 - Variante 3
  • Dasselbe Start- bzw. Ausgangsmaterial wie in dem Fall der Variante 2 wird verwendet. Schnelles Überhitzen bis zu 1200 Cº wird durchgeführt, und zwar gefolgt durch ein schnelles Abkühlen auf 1050 ºC.
  • Wie in Fig. 5C gezeigt ist, wird ein Glühen bzw. Härten bei 1050 ºC unter einem Feld von wenigen Tesla für eine Homogenisierung und Orientierung durchgeführt. Langsames Abkühlen von ungefähr 1 ºC pro Stunde, herab auf 1020 ºC (nicht gezeigt) wird erreicht, und dann wird der Tiegel zu der Position der maximalen magnetischen Kraft bewegt und die Temperatur wird langsam von 1020 ºC auf 980 ºC abgesenkt. Dann kann ein schnelleres Kühlen durchgeführt werden.
  • Eine texturierte feste Verbindung wird erhalten, vorausgesetzt, daß die Temperaturgradienten geeignet bzw. richtig bezüglich der Richtung der leichten Magnetisierung orientiert sind.
    • BEISPIEL 3 - Variante 4
  • In diesem Fall versucht man, den Supraleiter in einer flüssigen Strömung zu synthetisieren. Zum Beispiel ist es möglich, von BaCuO&sub2;-CuO (BaO 28 %, CuO 72 % pro Mol) Eutektikum auszugehen.
  • Wie in Fig. 5D gezeigt ist, wird eine intensive Mischung von 8 BaCuO&sub2; + 4 CuO + R&sub2;O&sub3;-Pulvern auf 1050 ºC mit einem HdH/dz-Wert von ungefähr 200 T²/m erwärmt. Dann wird das Material auf 980 ºC durch 1 ºC pro Stunde abgekühlt und danach schneller auf Normaltemperatur.
  • Ein RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;-Festmaterial, texturiert an dem Boden des Tiegels, wird erhalten. Die eutektische Flüssigkeit wird in dem Tiegel durch die magnetische Kraft gehalten. Sie wird oberhalb der RBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7; Supraleiterverbindung solidifiziert. Der Supraleiter kann von dem Eutektikum, wie oben erklärt wurde, weggesägt werden.
  • Viele Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden beschrieben; es ist klar, daß andere Varianten einem Fachmann offenbar sind, wenn sie die folgenden grundlegenden Aspekte der Erfindung implementieren:
  • - Orientieren von Kristalliten einer Verbindung in einer flüssigen Phase in der Anwesenheit eines Magnetfeldes,
  • - Sedimentieren in der Anwesenheit einer magnetischen Kraft und
  • - Texturieren durch Anlegen eines bestimmten Temperaturgradienten.

Claims (7)

1. Verfahren zum Präparieren bzw. Herstellen einer orientierten und texturierten magnetischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:
a) Präparieren einer Zusammensetzung bei einer Temperatur, so daß sie Kristallite der Verbindung aufweist, und zwar in der Anwesenheit einer Flüssigkeit,
b) Aussetzen der Zusammensetzung einer magnetischen Kraft, die eine Sedimentation der Kristallite erzeugt,
c) Abkühlen der Zusammensetzung in der Anwesenheit der magnetischen Kraft, während man einen geeigneten Temperaturgradienten anlegt, um die Entwicklung einer gewünschten bzw. erforderlichen Textur in dem Sedimentationsgebiet zu verbessern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkraft aus der Anwesenheit eines magnetischen Feldes mit einem hohen Gradienten in der Schwerkraftsrichtung resultiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner zwischen den Schritten a) und b) folgenden Schritt aufweist: Anlegen eines magnetischen Felds mit einem Gradienten, der praktisch null ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallite des Schrittes a) aus Einkristallpartikeln bzw. -teilchen der gewünschten bzw. erforderlichen magnetischen Verbindung gemischt mit einem zweiten Material, dessen Schmelztemperatur und magnetischem Susceptibilität kleiner als diejenigen der gewünschten Verbindung sind, stammen, wobei die Mischung auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als die Schmelztemperatur des zweiten Materials und niedriger als, aber dicht bei, der Schmelztemperatur der gewünschten magnetischen Verbindung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) folgendes aufweist: Ausgehen bzw. Starten von der gewünschten magnetischen Verbindung in einer Bulkform bzw. in einer massiven Form und Erwärmen der Verbindung bis zu dem Flüssigzustand, und zwar ohne zu überhitzen, so daß zahlreiche Keime der gewünschten Verbindung von kleiner Größe verbleiben.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) folgendes aufweist: Ausgehen bzw. Starten von der gewünschten magnetischen Verbindung in dem Festzustand und dann erwärmen der Verbindung auf eine Temperatur höher als ihr Schmelzpunkt und ihr gestatten langsam abzukühlen, bis erste Keime der Verbindung erscheinen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) folgende Schritte aufweist: Ausgehen bzw. Starten von einer Mischung aus Materialien, die solide bzw. feste Partikel aufweisen, die die gewünschte magnetische Verbindung aufbauen, die aber noch nicht reagiert haben, wobei die Teilchen in Suspension in einer nicht reaktiven Flüssigkeit sind, wobei die Mischung auf eine Temperatur niedriger als die Schmelztemperatur der aufbauenden bzw. konstitutiven Teilchen erwärmt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10349980A1 (de) * 2003-10-24 2005-09-22 Hunck, Wolfgang, Dipl.-Ing. Abkühlen stromdurchfluteter Schmelzen

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5529981A (en) * 1992-03-05 1996-06-25 Holloway; Alex Process and apparatus for preparing biaxially textured materials using anisotropy in the paramagnetic susceptibility
US5308800A (en) * 1992-03-23 1994-05-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Apparatus and method for forming textured bulk high temperature superconducting materials
US5444425A (en) * 1994-02-28 1995-08-22 The Regents Of The University Of Colorado Flux-trapped superconducting magnets and method of manufacture
DE4418750C2 (de) * 1994-05-28 2000-06-15 Vaw Ver Aluminium Werke Ag Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Oberflächen auf Formgußteilen
FR2748344B1 (fr) * 1996-05-06 1998-10-16 Ugimag Sa Procede d'obtention de materiau magnetiquement anisotrope a base de terres rares et metaux de transition par solidification d'un alliage liquide sous champ orienteur
US6596076B1 (en) * 1998-06-30 2003-07-22 Director-General Of Agency Of Industrial Science And Technology Apparatus and method for altering the apparent effects of gravity
DE19908597A1 (de) * 1999-02-27 2000-09-14 Aventis Res & Tech Gmbh & Co Verfahren zum Vergüten eines Supraleitermaterials mit hoher Remanenzinduktion, vergütetes Supraleitermaterial und dessen Verwendung
US7850520B2 (en) * 2005-04-26 2010-12-14 Konami Australia Pty. Ltd. Gaming machine with multiple reel matrix
US9255343B2 (en) * 2013-03-08 2016-02-09 Ut-Battelle, Llc Iron-based composition for magnetocaloric effect (MCE) applications and method of making a single crystal
CN113355734A (zh) * 2021-06-07 2021-09-07 上海工程技术大学 磁场诱导等温凝固过程中易轴织构的制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA657098A (en) * 1963-02-05 L. Stuijts Andreas Method of manufacturing monocrystalline bodies
US3102002A (en) * 1960-03-25 1963-08-27 Univ Pittsburgh Ferromagnetic materials prepared from lanthanons and transition metals
US3279602A (en) * 1963-02-18 1966-10-18 Al Inc Magnetic separation process and equipment therefor
US3672872A (en) * 1970-06-01 1972-06-27 Anvar Method of separation of a substance in a solid or liquid phase from a matrix in the liquid phase
JPS5236492B2 (de) * 1972-12-20 1977-09-16
JPS57184572A (en) * 1981-05-11 1982-11-13 Hitachi Ltd Production of unidirectionally solidified casting
US4539040A (en) * 1982-09-20 1985-09-03 Mawardi Osman K Beneficiating ore by magnetic fractional filtration of solutes
FR2653265B1 (fr) * 1989-10-13 1992-02-07 Centre Nat Rech Scient Procede de preparation de materiaux magnetiques de tres haute qualite.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10349980A1 (de) * 2003-10-24 2005-09-22 Hunck, Wolfgang, Dipl.-Ing. Abkühlen stromdurchfluteter Schmelzen

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Publication number Publication date
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EP0448482A1 (de) 1991-09-25
DE69114160D1 (de) 1995-12-07
JP2986942B2 (ja) 1999-12-06
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US5168096A (en) 1992-12-01

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