NL9101314A - Inrichting voor het ononderbroken vervaardigen van supergeleiders uit keramische oxyden. - Google Patents

Description

Inrichting voor het ononderbroken vervaardigen van supergeleiders uit keramische oxyden.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het ononderbroken vervaardigen van keramische supergeleiders. Meer in het bijzonder heeft deze betrekking op het vervaardigen van supergeleiders uit keramische oxyden, door middel van een inrichting voor het uitvoeren van een dunne-laag-pyrolyse van een oplossing die ionen bevat van de metalen, die in het uiteindelijk gewenste keramische materiaal aanwezig zullen zijn.

Tot een aantal jaren geleden, was het gebruik van supergeleidendheid beperkt door de kosten van de techniek, als gevolg van de zeer lage temperaturen, die voor het optreden van het verschijnsel nodig waren, typisch ongeveer die van vloeibaar helium.

Een praktische interesse voor supergeleidendheid is echter in hoge mate opgewekt door de recente ontdekking van nieuwe groepen materialen, in het bijzonder keramische oxyden, die deze eigenschap bij veel hogere temperaturen vertonen, die goedkoper zijn te verkrijgen en te handhaven, kenmerkend bij de temperatuur van vloeibaar stikstof. Dit belang is echter enigszins beperkt door de slechte verkrijgbaarheid van supergeleiders uit keramische oxyden, in hoofdzaak als gevolg van het niet beschikbaar zijn van werkwijzen en inrichtingen, die in staat zijn kwalitatief en kwantitatief bevredigende vervaardiging van dergelijke materialen te waarborgen.

In feite zijn nagenoeg alle vervaardigingstechnie-ken voor supergeleiders uit keramische oxyden overmatig duur (zoals bijvoorbeeld het zeer fijn malen (supergrinding) van de oxyden die het gewenste keramische materiaal vormen; de coprecipitatie, die onder andere is beschreven in J. Phys; 30, (1988), L251; de sol-gel methode, die bijvoorbeeld is beschreven in ACS Symp. Ser. 351 (1987) hfdst. 10; of de ci-tratenmethode, die is beschreven in J. Phys. D21 (1988) 226), de productiviteit daarvan is niet commercieel aanvaardbaar, het uitvoeren daarvan kan ingewikkeld zijn en met onbevredigende resultaten.

Bekende werkwijzen voor het ononderbroken vervaardigen van supergeleiders uit keramische oxyden zijn nagenoeg alle gebaseerd op variaties van een oude methode voor het vervaardigen van oxyden (US-A-3 189 550), die bestaat uit het in een oven verstuiven van een oplossing, die het gewenste mengsel van metaalionen bevat, en vervolgens de verkregen poeders te verzamelen. Een variant bestaat uit het op een te bekleden oppervlak richten van de straal van aldus vervaardigde poeders (voorbeelden van deze technieken zijn beschreven in Jap. J. of Appl. Phys. vol. 27, nr. 6, blz. L1086 tot L1088 en blz. 1092 tot 1093, alsmede vol. 29, nr.

1, blz. L33 tot L35).

De belangrijkste nadelen van deze ononderbroken technieken zijn: - een lage produktiviteit: de gevormde poeders zijn doorgaans zeer fijn (ongeveer 1 micrometer of kleiner) en zijn zeer moeilijk te verzamelen, daar, zoals bekend, het nuttig effect van electrische filters lager dan 70% is voor dergelijke fijne deeltjes; - de morfologie van de deeltjes, die in het algemeen hol zijn; derhalve bezitten de daarmee gevormde lichamen een lage aanvankelijke dichtheid (doorgaans lager dan 60%) hetgeen het moeilijk maakt om te waarborgen, dat de uiteindelijke afmetingen zijn, zoals gewenst is (zie FR-A-2 628 415); - het onmogelijk kunnen regelen van de thermische behandeling van de deeltjes, omdat deze in een sterk turbulente stromingsomgeving worden gevormd.

Aldus is duidelijk dat hedendaagse technieken nog niet in staat zijn vervaardigingsmethoden te verschaffen, die in staat zijn de grote vraag naar supergeleidende poeders van keramische oxyden te bevredigen, die onlangs is verschenen.

De onderhavige uitvinding overwint de genoemde problemen door een eenvoudige, gemakkelijk te regelen inrichting te verschaffen voor het ononderbroken vervaardigen van supergeleidende poeders van keramische oxyden met uit- stekende kwaliteit en waarvan samengeperste produkten met de maximaal mogelijke dichtheid direct uit de onbewerkte toestand kunnen worden vervaardigd.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt een inrichting verschaft voor het ononderbroken vervaardigen van supergeleiders, uitgaande van een oplossing die een vloeibaar bestanddeel bevat, waarin metaalionen in gewenste hoeveelheden zijn opgelost, welke inrichting tenminste de volgende onderdelen omvat: - een ononderbroken verplaatsbaar oppervlak, - middelen voor het toevoeren van een vloeibare laag van de oplossing op het ononderbroken oppervlak; - middelen voor het verdampen van het vloeibare bestanddeel van de vloeibare laag en voor het behandelen van de achterblijvende metaalzouten in een oxyderende omgeving met hoge temperatuur teneinde keramische oxyden te vormen, - middelen voor het verwijderen van de verkregen keramische oxyden van het ononderbroken oppervlak.

Bij voorkeur is het ononderbroken oppervlak een van de oppervlakken van een eindloze metalen band, teneinde verontreiniging van het gewenste produkt te voorkomen, bezit het oppervlak bij voorkeur een bekleding die bestand is tegen hoge temperaturen, bij voorkeur op oxydebasis, en inert ten opzichte van de de metaalionen bevattende oplossing.

Een bestanddeel dat voor dit doel bevredigend wordt beschouwd, is magnesiumoxyde, dat kan worden gemengd met andere oxyden teneinde verbindingen zoals fosteriet te vormen.

Het oppervlak wordt ononderbroken door de middelen heen bewogen, die het vloeibare bestanddeel van de vloeibare laag kunnen verdampen en het achterblijvende vaste residu bij een hoge temperatuur oxyderen, waarbij de middelen bij voorkeur bestaan uit een buisvormige oven, die in langsrichting in een aantal gebieden is verdeeld, die elk zijn voorzien van eigen middelen voor het volgen en regelen van de temperatuur. De buisvormige oven wordt met voordeel elektrisch verwarmd en kan zijn uitgerust met middelen voor het regelen en volgen van een eventuele gasstroom daardoor.

De middelen voor het op het ononderbroken oppervlak toevoeren van een vloeibare laag, die de metaalionen, die de supergeleiders uit oxyden dienen te vormen, bevat, bestaan bij voorkeur uit een tank voor een vloeistof, die is voorzien van middelen voor het regelen en volgen van de vloeistofstroom naar het ononderbroken oppervlak; teneinde een goede ononderbroken gelijkmatige behandeling over de gehele breedte van het oppervlak te waarborgen, is de inrichting volgens de uitvinding met voordeel uitgerust met middelen voor het waarborgen van een gelijkmatige dikte van de laag, die bijvoorbeeld bestaan uit tenminste één af-strijkblad. Het ononderbroken oppervlak kan eveneens zijn uitgerust met zijstroken in langsrichting teneinde de vloeibare laag te begrenzen en tenminste één in vertikale richting instelbaar stel bladen op een afstand van het oppervlak teneinde de gewenste dikte van de vloeibare laag te bepalen; in dat geval is het blad, of tenminste het laatste van deze bladen, bij de invoer van de oven opgesteld, zodat de vloeistof snel kan worden verdampt alvorens niet-geregelde dikte-variaties optreden.

De middelen voor het van het ononderbroken oppervlak verwijderen van de produkten van de oxydatie, die in de oven optreedt, bestaan bij voorkeur uit een schraapstaaf, die onder een hoek ten opzichte van de bewegingsrichting van het oppervlak is opgesteld, en juist het oppervlak daarvan aanraakt.

Middelen zijn aanwezig voor het verzamelen van het aldus verkregen produkt; die de vorm kunnen bezitten van een vergaarbak, die onder het oppervlak bij de plaats van de staaf is opgesteld.

De onderhavige uitvinding zal thans gedetailleerder worden beschreven met betrekking tot een uitvoeringsvorm op proefschaal, die is toegelicht in de bijgaande tekening en uitsluitend bij wijze van voorbeeld is verschaft, zonder op enigerlei wijze de omvang en de doelstellingen van de uitvinding te beperken.

Fig. 1 toont een schematisch zijaanzicht van de inrichting volgens de uitvinding.

Een eindloos metalen band 1, die rond walsen 2 en 3 is opgesteld, beweegt in de door de pijl onder de tank 4 aangegeven richting, welke tank 4 een oplossing 5 bevat met de gewenste hoeveelheden metaalionen, die de supergeleiders uit keramische oxyden dienen te vormen door oxydatie bij hoge temperatuur. Uit tank 4 wordt een oplossing 5 via een leiding 4' op de band 1 gevoerd, waar deze een laag 6 vormt, welks dikte wordt geregeld door een blad 7. De band, die de oplossing in de gewenste dikte draagt, treedt een oven 8 binnen, die is verdeeld in een aantal gebieden (vier in het toegelichte voorbeeld) die elk voor het volgen en regelen van de temperatuur met middelen 9 zijn verbonden.

In het eerste gebied van de oven 8.1, wordt de vloeistoflaag snel gedroogd, teneinde op de band een mengsel van zouten van de aanvankelijk in de oplossing aanwezige metaalkationen achter te laten. In de opvolgende gebieden 8.2, 8.3 en 8.4 worden de zouten in een atmosfeer die zuurstof bevat, op een temperatuur tussen 700 en 1000°C gebracht en deze worden aldus geoxydeerd. In het geval van YBKO (een supergeleider van het yttrium, barium en koper-oxyde type) is het verkregen produkt een soort voorgeagglo-mereerde spons, waarvan de morfologie die van een kruisgewijs ingebed vlokkenas is, die een laag 12 vormt, die aan de band blijft hechten, totdat deze wordt verwijderd door schraapstaaf 10, en waarbij de verkregen vlokken kunnen worden verzameld in een bak 11.

Belangrijk om op te merken, is dat deze laag een inwendige samenhang en hechting aan de band bezit, die juist voldoende is om te voorkomen dat deze wordt weggeblazen door de verplaatsing van de band, doch de gemakkelijke verwijdering door de schraapstaaf niet voorkomt; deze eigenschap waarborgt, dat deze eveneens van de band kan worden gestript door middel van geschikt gerichte gasstralen.

Op deze wijze is het mogelijk om meer dan 95% van het verkregen produkt te verzamelen.

In het geval van het vervaardigen van YBKO is de koolstofverontreiniging van het verkregen produkt minder dan 0,2%.

Röntgenstralenbeproeving toonde, dat het door middel van de inrichting volgens de uitvinding verkregen YBKO een enkele kristalvorm omvat (orthorhombisch of tetra-gonaal afhankelijk van de toegepaste thermische cyclus) en eveneens zeer snel kan worden samengedrukt, hetgeen produk-ten verschaft met een hoger aanvankelijke dichtheid dan 65%.

Met de proeflijn met een 2-m lange oven en een 100-mm brede band, die hier bij wijze van voorbeeld is beschreven, is het mogelijk om 200 g YBKO/h met de gegeven zuiverheid te vervaardigen.

Claims (10)

1. Inrichting voor het ononderbroken vervaardigen van supergeleiders uit keramische oxyden, uitgaande van een oplossing, die een vloeibaar bestanddeel omvat, waarin metaalionen zijn opgelost, met het kenmerk, dat deze tenminste de volgende onderdelen omvat: - een verplaatsbaar ononderbroken oppervlak; - middelen voor het toevoeren van een vloeibare laag van de oplossing op het ononderbroken oppervlak; - middelen voor het verdampen van het vloeibare bestanddeel van de vloeibare laag en voor het behandelen van de achterblijvende metaalzouten in een oxyderende omgeving met hoge temperatuur teneinde keramische oxyden te vormen; - middelen voor het verwijderen van de verkregen keramische oxyden van het ononderbroken oppervlak.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ononderbroken oppervlak een van de oppervlakken van een eindloze metalen band is.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het oppervlak een tegen hoge temperatuur bestendige bekleding bezit, die inert is ten opzichte van de de metaalionen bevattende oplossing.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de bekleding als hoofdbestanddeel magnesiumoxyde bevat.

5. Inrichting volgens conclusie 4, mét het kenmerk, dat de bekleding een fosterietsamenstelling bezit.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen voor het verdampen van het vloeibare bestanddeel en voor de behandeling van de metaalzoutresiduen bij hoge temperatuur, bestaan uit een buisvormige oven.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de oven in langsrichting is verdeeld in een aantal gebieden, die elk eigen middelen voor het regelen en volgen van de temperatuur bezitten.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de oven elektrisch wordt bekrachtigd en middelen omvat voor het regelen en volgen van een gasstroom daardoor.

9. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze is voorzien van middelen, die bestaan uit een af-strijkblad voor het gelijkmaken van de dikte van de vloeibare laag.

10. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze is voorzien van in langsrichting verlopende zijstroken, teneinde de vloeibare laag op het ononderbroken oppervlak te begrenzen, en tenminste één in vertikale richting instelbaar stel platen, op een afstand van het oppervlak, teneinde de dikte van de vloeibare laag te bepalen.