WO2003107446A2 - Elongate superconductor structure comprising a high-tc superconductor material, an oxidic intermediate layer system, and a nickel support, and method for the production of said structure - Google Patents

Elongate superconductor structure comprising a high-tc superconductor material, an oxidic intermediate layer system, and a nickel support, and method for the production of said structure Download PDF

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layer
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superconductor structure
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Sascha Danninger
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0268Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0296Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
    • H10N60/0576Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers characterised by the substrate
    • H10N60/0632Intermediate layers, e.g. for growth control

Definitions

  • the invention relates to an elongated superconductor structure for carrying an electrical current in a predetermined direction.
  • This structure should have at least the following parts, namely a biaxially textured carrier made of nickel material, an intermediate layer system deposited on the carrier with at least two intermediate layers made of oxidic material and a superconducting layer made of a high-T c superconducting material of the type deposited on the intermediate layer system (RE) M 2 Cu3 ⁇ x , wherein the component RE contains at least one rare earth metal (including yttrium) and the component M contains at least one alkaline earth metal.
  • the invention further relates to a method for producing such a superconductor structure.
  • a corresponding superconductor structure and a method for its production are described, for example, in “Applied Superconductivity *, Vol. 4, Nos. 10-11, 1996, pages 403 to 427.
  • High-T c superconductor materials Superconducting metal oxide compounds with high transition temperatures T c of over 77 K at normal pressure are known, which are therefore also referred to as high-T c superconductor materials or HTS materials and in particular allow liquid nitrogen (LN 2 ) cooling technology.
  • Such metal oxide compounds include, in particular, cuprates from the (RE) -M-Cu-O family of materials, component RE containing at least one rare earth metal (including Y) and component M containing at least one alkaline earth metal.
  • the main representative of this family is the material YBa 2 C 3 ⁇ x , so-called YBCO.
  • HTS materials are tried to be used on different substrates for different applications. deposit, with a view to a high current carrying capacity for phase-pure, textured superconductor material.
  • the HTS material mentioned is generally not deposited directly on a metallic carrier tape serving as a substrate; rather, this carrier tape is first covered with at least one thin intermediate layer, which is also referred to as a buffer layer (“buffer * layer).
  • This intermediate layer with a thickness of the order of up to approximately 1 .mu.m is intended to prevent metal atoms from diffusing out of the carrier material into the HTS material in order to avoid an associated deterioration in the superconducting properties of the HTS material.
  • an intermediate layer serving as a diffusion barrier can also smooth the surface and improve the adhesion of the HTS material.
  • Corresponding intermediate layers consist in particular of metal oxides and are therefore generally electrically insulating.
  • this at least one intermediate layer should also fulfill the requirement that it enables textured growth of the HTS material to be applied to it.
  • the intermediate layer itself must have an appropriate texture.
  • the transfer of the crystallographic orientation during the growth of a layer on a chemically different type of substrate is known under the term “heteroepitaxy.
  • the intermediate layer must have dimensions of its unit cells that are matched as closely as possible to the lattice constants of the HTS material.
  • it should have a coefficient of thermal expansion that at least approximately matches that of the HTS material, in order to avoid undesirable mechanical stresses in the temperature that can be avoided for superconducting technology applications and layer preparation. avoid cycles or differences and, if necessary, damage such as spalling.
  • a metal strip made of nickel material and biaxially textured on its surface by means of a rolling process is provided as the carrier strip in accordance with the literature reference mentioned at the beginning.
  • Corresponding metal strips are known under the name “RABiTS * (“ Rolling-Assisted-Biaxially-Textured-Substrates *).
  • RABiTS * Rolling-Assisted-Biaxially-Textured-Substrates *.
  • YSZ a thicker layer of Y-stabilized Zr0 2
  • (111) -oriented grains neutralize undesirable layer tensions; however, such grains grow in a columnar manner. This means that when layer stress occurs Gap the columns apart and there is no longer a dense surface or layer. At such defects, ie (111) -oriented grains, there is a risk of undesired diffusion. For this reason, in the prior art mentioned, the first buffer layer is covered with a second, sputtered buffer layer made of YSZ or Y 2 0 3 . However, non-sputtered layers are not dense enough, since YSZ and Y2O3 grow in columnar form and the Ni diffuses between the columns into the YBCO material.
  • cracks could be covered with a porous buffer layer with a relatively large thickness between 500 nm and 2000 nm, which does not cause any layer stress problems.
  • a porous buffer layer with a relatively large thickness between 500 nm and 2000 nm, which does not cause any layer stress problems.
  • zirconate complexes can form during the deposition of YBCO on YSZ, which also lower the critical current density J c of the HTS material, this in turn must be covered with a third buffer layer, for example made of Ce0 2 .
  • a third buffer layer for example made of Ce0 2 .
  • such a 3-layer system as a buffer is technically very complex, therefore expensive and also time-consuming because of the sputtered intermediate layer.
  • a YSZ layer directly on Ni is very difficult to produce because the (001) orientation is difficult to achieve during sputtering.
  • the object of the present invention is therefore to provide a layer system for the layer structure of the type mentioned at the outset which fulfills the requirements mentioned, so that even longer support pieces, in particular of more than one meter, preferably more than 100 m, can be coated with constant quality. Diffusion of metal atoms from the carrier material, in particular into a YBCO layer, as well as diffusion of oxygen, which is required for the deposition and formation of the YBCO, to the metal surface are to be prevented. Such an oxygen diffusion would namely lead to metal oxidation at the usual deposition and annealing temperatures of the YBCO material in the range of about 600 to 800 ° C. and thus reduce the adhesive strength of the interlayer system.
  • the thickness of the interlayer system is generally between about 0.05 and 2 .mu.m, this thickness depending on the chosen interlayer material. Furthermore, a method is to be specified with which a corresponding superconductor structure can be produced in a relatively simple manner.
  • the intermediate layer system should have a first intermediate layer made of a cerium oxide facing the carrier and a second intermediate layer facing a superconducting layer made of a cerium oxide.
  • a layer system is understood to mean a successive deposition of discrete layers, which, as in the present case, can consist of identical material.
  • the second layer can of course have cracks for the same reasons as the first layer. However, these cracks occur at least largely not in the same places as in the first layer, because the layer tension is minimal at these points.
  • Another advantage of the construction according to the invention is the possibility of achieving high current densities even on supports whose buffer layer shows only a Ce0 2 (200) portion in the order of magnitude of the Ce0 2 (111) portion due to poor epitaxy.
  • Such a buffer layer is normally leaky since mechanical stresses are reduced at grain boundaries of (111) and (200) oriented grains, as mentioned above. The fractures between the grains thus generated are filled with the second buffer layer from Ce0 2 . Although this is still (111) -oriented at the affected areas, it advantageously represents a dense barrier. It is advantageous here that YBCO can easily grow over smaller (111) -oriented areas.
  • the superconductor material can preferably be of the YBa 2 Cu 32 ⁇ x (YBCO) type. Instead, a material can also be provided in which, based on YBCO, the Y-
  • Component and / or component Ba are / are at least partially replaced by an element from the corresponding group.
  • the first intermediate layer made of cerium oxide advantageously has a thickness of less than 200 nm, preferably 100 nm, and of at least 10 nm. With this layer thickness, good hetero-epitaxy must be ensured.
  • the second intermediate layer made of cerium oxide has a comparatively smaller thickness than the first intermediate layer, in particular between 50 nm and 200 nm.
  • Such a relatively thin second interlayer guarantees the tightness of the entire interlayer system even over great lengths of the superconductor structure and nevertheless represents a good epitaxial base for the HTS material to be deposited thereon.
  • this thickness dimensioning must ensure that the layer stresses in the second Intermediate layer are sufficiently small that it is unable to tear open the first intermediate layer.
  • a preferred method for producing a corresponding superconductor structure according to the invention is characterized in that after the first intermediate layer has been deposited under a condition which is low or free from oxygen or reduced, this layer is exposed to an oxygen-containing atmosphere before the second intermediate layer is deposited.
  • Such a method is particularly easy to carry out. For example, by ventilating the first intermediate layer with oxygen or an oxygen-containing atmosphere, unstoichiometric cerium oxide contracts with oxygen after flooding.
  • An oxygen pressure or oxygen partial pressure higher than that of the coating, in particular of at least 50 mbar, preferably 100 mbar, is sufficient for this to ensure the desired formation of cracks in this intermediate layer.
  • the superconductor structure which is denoted generally by 2 in FIG. 1, therefore comprises at least one elongate carrier 3, also known as a substrate, with a thickness d1. At least two intermediate layers 4 and 5, which are also to be coated as buffer layers, are deposited on the carrier with thicknesses d2 and d3. A layer 7 with a thickness d4 of a special HTS material is applied to the intermediate layer system 6 thus formed.
  • a plate or a band or some other elongated structure made of a special metallic material is used with the thickness d 1 which is arbitrary per se and the dimensions of its area required for the respective application.
  • the carrier can also be part of a composite body with at least one further element not shown in the figure. This element can be provided for mechanical reinforcement and / or for electrical stabilization and is located, for example, on the side of the carrier facing away from the interlayer system 6. Such a further element can consist of Cu, for example.
  • 3 nickel (Ni) or a Ni alloy should be selected as the metallic material for the carrier. Its surface facing the interlayer system 6 should have a biaxial texture (so-called “cube-layer texture *). Corresponding carriers are also referred to as “RABiTS * (cf. WO 00/46863 mentioned).
  • HTS materials All known metal oxide high-T c superconductor materials which can be derived from the (RE) ⁇ M 2 Cu 3 O x type are suitable as HTS materials.
  • a YBCO material is preferably provided.
  • the thickness d4 of the corresponding HTS layer 7 is not critical per se and is generally less than 5 ⁇ m. In view of a high current carrying capacity, even larger layer thicknesses can be selected. If necessary, at least one further layer, such as a protective layer or a stabilizing layer, in particular made of Ag or an Ag alloy, can be applied to this layer.
  • the two intermediate layers 4 and 5 of the layer system 6 of the layer structure 2 according to the invention consist of a Ce oxide, in particular CeO 2 .
  • the thickness d2 of the first layer 5 facing the carrier 3 is preferably above 10 nm and can generally reach up to 200 nm, optionally up to 2 ⁇ m.
  • the second intermediate layer 5 facing the YBCO layer 7 can have the same thickness d3; in general, however, this layer is comparatively thinner or at most the same thickness.
  • the thickness d3 is between 50 nm and 200 nm.
  • these cracks advantageously lie in different areas of the layer system, so that this has a practically uninterrupted diffusion barrier between the Ni material of the carrier 3 and a YBCO layer 7 to be applied forms. This can be ensured by making sure that the cracks 9 already form in the first intermediate layer 4 before the second one is produced during the production of the layer system 6
  • the first intermediate layer can advantageously be aerated with oxygen, in particular immediately after its deposition, since unstochiometric.es Ce0 2 contracts after flooding with oxygen.
  • a vacuum system to separate the first intermediate layer can advantageously be aerated with oxygen, in particular immediately after its deposition, since unstochiometric.es Ce0 2 contracts after flooding with oxygen.
  • Intermediate layer for example under the aforementioned low oxygen partial pressure p (0 2 ), can simply be ventilated and / or opened once before the second layer is applied.
  • an oxygen pressure or an oxygen partial pressure is to be selected that complete oxidation of the first CeO 2 intermediate layer 4 is ensured.
  • a 0 2 atmosphere of 10 "3 mbar would only lead to an unstoichiometric Ce0 2 intermediate layer.
  • a 0 2 pressure of 50 mbar preferably of at least 100 mbar, is sufficient.
  • this pressure should, however For example, a pressure of 200 mbar p (0 2 ) is selected.
  • a cooling of the structure consisting of carrier 3 and first intermediate layer 4 during production is not necessary for the formation of the cracks in the first layer the second intermediate layer 5 of Ce0 2 and then the YBCO layer 7 are produced.
  • the interlayer system 6 is only formed from two discrete CeO 2 intermediate layers 4 and 5.
  • the intermediate layer system can also have a larger number of individual intermediate layers, especially when it comes to better diffusion tightness.
  • any number of 100 nm thick intermediate layers can be applied as long as oxygen is loaded after each individual layer, for example by ventilation.
  • the maximum thickness of the individual intermediate layers essentially depends only on the maximum possible partial pressure of 0 2 during the deposition process.
  • the total thickness of the intermediate layer system and thus the number of individual intermediate layers also depends on the coefficient of expansion of the intermediate layer system, which should generally be matched to the coefficients of expansion of the carrier material and / or superconductor material.

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Abstract

Disclosed is a superconductor structure (2) comprising a biaxially textured nickel support (3), an intermediate layer system (6) which is deposited on the support and is provided with at least two intermediate cerium oxide layers (4, 5) that are applied one after another, and a superimposed high-TC superconducting layer (7) of type (RE)M2Cu3Ox (in which RE represents a rare earth and M represents an alkaline earth metal). The first intermediate layer (4) is subjected to an oxygen treatment before the second intermediate layer (5) is deposited.

Description

Beschreibungdescription
Langgestreckter Supraleiteraufbau mit Hoch-Tc-Supraleiter- material, oxidischem Zwischenschichtsystem und Nickel-Träger sowie Verfahren zur Herstellung dieses AufbausElongated superconductor structure with high-T c superconductor material, oxidic interlayer system and nickel carrier as well as processes for the production of this structure
Die Erfindung bezieht sich auf einen langgestreckten Supraleiteraufbau zur Führung eines elektrischen Stromes in einer vorbestimmten Richtung. Dieser Aufbau soll wenigstens folgen- de Teile aufweisen, nämlich einen biaxial texturierten Träger aus Nickel-Material, ein auf dem Träger abgeschiedenes Zwischenschichtsystem mit mindestens zwei Zwischenschichten aus oxidischem Material sowie eine auf dem ZwischenschichtSystem abgeschiedene Supraleitungsschicht aus einem Hoch-Tc- Supraleitermaterial vom Typ (RE)M2Cu3θx, wobei die Komponente RE wenigstens ein Seltenes Erdmetall (einschließlich Yttrium) und die Komponente M wenigstens ein Erdalkalimetall enthalten. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Supraleiteraufbaus. Ein entsprechender Supraleiteraufbau und ein Verfahren zu dessen Herstellung sind z.B. aus „Applied Superconductivity* , Vol. 4, Nos. 10- 11, 1996, Seiten 403 bis 427 zu entnehmen.The invention relates to an elongated superconductor structure for carrying an electrical current in a predetermined direction. This structure should have at least the following parts, namely a biaxially textured carrier made of nickel material, an intermediate layer system deposited on the carrier with at least two intermediate layers made of oxidic material and a superconducting layer made of a high-T c superconducting material of the type deposited on the intermediate layer system (RE) M 2 Cu3θ x , wherein the component RE contains at least one rare earth metal (including yttrium) and the component M contains at least one alkaline earth metal. The invention further relates to a method for producing such a superconductor structure. A corresponding superconductor structure and a method for its production are described, for example, in “Applied Superconductivity *, Vol. 4, Nos. 10-11, 1996, pages 403 to 427.
Es sind supraleitende Metalloxidverbindungen mit hohen Sprungtemperaturen Tc von über 77 K bei Normaldruck bekannt, die deshalb auch als Hoch-Tc-Supraleitermaterialien oder HTS- Materialien bezeichnet werden und insbesondere eine Flüssig- Stickstoff (LN2) -Kühltechnik erlauben. Unter solche Metalloxidverbindungen fallen insbesondere Cuprate aus der Materi- alfamilie vom Typ (RE)-M-Cu-O, wobei die Komponente RE wenigstens ein Seltenes Erdmetall (einschließlich Y) und die Komponente M wenigstens ein Erdalkalimetall enthalten. Hauptvertreter dieser Familie ist das Material YBa2C 3θx, sogenanntes YBCO.Superconducting metal oxide compounds with high transition temperatures T c of over 77 K at normal pressure are known, which are therefore also referred to as high-T c superconductor materials or HTS materials and in particular allow liquid nitrogen (LN 2 ) cooling technology. Such metal oxide compounds include, in particular, cuprates from the (RE) -M-Cu-O family of materials, component RE containing at least one rare earth metal (including Y) and component M containing at least one alkaline earth metal. The main representative of this family is the material YBa 2 C 3θ x , so-called YBCO.
Diese bekannten HTS-Materialien versucht man, auf verschiedenen Trägern (Substraten) für unterschiedliche Anwendungszwe- cke abzuscheiden, wobei im Hinblick auf eine hohe Stromtragfähigkeit nach möglichst phasenreinem, texturiertem Supraleitermaterial getrachtet wird.These known HTS materials are tried to be used on different substrates for different applications. deposit, with a view to a high current carrying capacity for phase-pure, textured superconductor material.
Bei einem entsprechenden langgestreckten Supraleiteraufbau für Leiteranwendungen wird das genannte HTS-Material im Allgemeinen nicht unmittelbar auf einem als Substrat dienenden metallischen Trägerband abgeschieden; sondern dieses Trägerband wird zunächst mit mindestens einer dünnen Zwischen- Schicht, die auch als Pufferschicht („Buffer*-Schicht) bezeichnet wird, abgedeckt. Diese Zwischenschicht mit einer Dicke in der Größenordnung bis etwa 1 um soll das Eindiffundieren von Metallatomen aus dem Trägermaterial in das HTS- Material verhindern, um eine damit verbundene Verschlechte- rung der supraleitenden Eigenschaften des HTS- Materials zu vermeiden. Zugleich kann mit einer solchen als Diffusionsbarriere dienenden Zwischenschicht auch die Oberfläche geglättet und die Haftung des HTS-Materials verbessert werden. Entsprechende Zwischenschichten bestehen insbesondere aus Metalloxi- den und sind somit in der Regel elektrisch isolierend.In the case of a corresponding elongate superconductor structure for conductor applications, the HTS material mentioned is generally not deposited directly on a metallic carrier tape serving as a substrate; rather, this carrier tape is first covered with at least one thin intermediate layer, which is also referred to as a buffer layer (“buffer * layer). This intermediate layer with a thickness of the order of up to approximately 1 .mu.m is intended to prevent metal atoms from diffusing out of the carrier material into the HTS material in order to avoid an associated deterioration in the superconducting properties of the HTS material. At the same time, such an intermediate layer serving as a diffusion barrier can also smooth the surface and improve the adhesion of the HTS material. Corresponding intermediate layers consist in particular of metal oxides and are therefore generally electrically insulating.
Neben der Eigenschaft als Diffusionsbarriere soll diese mindestens eine Zwischenschicht darüber hinaus die Forderung erfüllen, dass sie ein texturiertes Wachstum des auf ihr aufzu- bringenden HTS-Materials ermöglicht. Folglich muss die Zwischenschicht selbst eine entsprechende Textur besitzen. Der Übertrag der kristallographischen Orientierung beim Wachstum einer Schicht auf einer chemisch andersartigen Unterlage ist unter dem Begriff „Heteroepitaxie bekannt. Hierbei muss die Zwischenschicht an die Gitterkonstanten des HTS-Materials möglichst gut angepasste Abmessungen ihrer Einheitszellen besitzen. Darüber hinaus sollte sie einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der mit dem des HTS-Materials zumindest annähernd übereinstimmt, um so unerwünschte mecha- nische Spannungen bei den für Anwendungen der Supraleitungstechnik und eine Schichtpräparation vermeidbaren Temperatur- zyklen oder -unterschieden und gegebenenfalls dadurch bedingten Schädigungen wie Abplatzen zu vermeiden.In addition to the property as a diffusion barrier, this at least one intermediate layer should also fulfill the requirement that it enables textured growth of the HTS material to be applied to it. As a result, the intermediate layer itself must have an appropriate texture. The transfer of the crystallographic orientation during the growth of a layer on a chemically different type of substrate is known under the term “heteroepitaxy. In this case, the intermediate layer must have dimensions of its unit cells that are matched as closely as possible to the lattice constants of the HTS material. In addition, it should have a coefficient of thermal expansion that at least approximately matches that of the HTS material, in order to avoid undesirable mechanical stresses in the temperature that can be avoided for superconducting technology applications and layer preparation. avoid cycles or differences and, if necessary, damage such as spalling.
Ähnliche Anforderungen sind auch an die Auswahl des Systems „Träger-Zwischenschicht* zu stellen. Auch hier sind guteSimilar requirements must also be placed on the selection of the “carrier intermediate layer *” system. Here are good ones too
Hafteigenschaften anzustreben, wobei zugleich die gewünschte Heteroepitaxie zwischen der Zwischenschicht und der darauf aufwachsenden HTS-Schicht nicht beeinträchtigt werden darf.To strive for adhesive properties, while at the same time the desired heteroepitaxy between the intermediate layer and the HTS layer growing thereon must not be impaired.
Aus den vorerwähnten Gründen ist gemäß der eingangs genannten Literaturstelle ein durch einen Walzprozess an seiner Oberfläche biaxial texturiertes Metallband aus Nickel-Material als Trägerband vorgesehen. Entsprechende Metallbänder sind unter der Bezeichnung „RABiTS* ( „Rolling-Assisted-Biaxially- Textured-Substrates* ) bekannt. Auf einem solchen Metallband ist bei dem bekannten Supraleiteraufbau ein Zwischenschichtsystem in Form einer Ce02-Schicht (als eine erste Pufferschicht) und eine dickere Schicht aus mit Y-stabilisiertem Zr02, sogenanntem YSZ (als eine zweite Pufferschicht) abge- schieden. Dabei wird davon ausgegangen, dass mit einer Ce02- Schicht ein guter Texturübertrag zu erreichen ist, wenn diese Schicht selbst eine gute In-plane- sowie Out-of- plane (001) Textur besitzt. Da aber wegen der Verwendung eines Ni-haltigen Bandes die erste Pufferschicht in reduzierender Atmosphäre aufwachsen muss und wegen des erforderlichen Hochvakuums auch während des weiteren Herstellungsprozesses nicht genug Sauerstoff angeboten werden kann, wächst das Ce02 immer leicht Sauerstoffdefizitär auf. Dies führt dazu, dass sich das Ce02-Material zusammenzieht, sobald es einer sauerstoff- haltigen Atmosphäre (> 1 mbar) ausgesetzt wird. Durch dieses Zusammenziehen der Ce02-Pufferschicht entstehen dann Risse bei gut orientierten Schichten schon ab einer Schichtdicke von 50 nm. Die Folge davon ist, dass eine solche Pufferschicht als Diffusionsbarriere nicht mehr wirksam wird. So neutralisieren zwar (111) -orientierte Körner unerwünschte SchichtSpannungen; solche Körner wachsen aber säulenartig auf. Dies führt dazu, dass bei Auftreten von Schichtspannun- gen die Säulen auseinander klaffen und somit keine dichte 0- berfläche bzw. Schicht mehr gegeben ist. An solchen Fehlstellen, d.h. (111) -orientierten Körnern, besteht also die Gefahr einer unerwünschten Diffusion. Aus diesem Grunde wird bei dem genannten Stand der Technik die erste Pufferschicht mit einer zweiten, gesputterten Pufferschicht aus YSZ oder Y203 abgedeckt. Nicht-gesputterte Schichten sind jedoch nicht dicht genug, da YSZ und Y2O3 säulenartig aufwachsen und das Ni zwischen den Säulen hindurch in das YBCO-Material diffundiert. In einem solchen Falle könnten Risse mit einer porösen, keine Schichtspannungsprobleme erzeugenden weiteren Pufferschicht mit verhältnismäßig großer Dicke zwischen 500 nm und 2000 nm zugedeckt werden. Da sich bei der Abscheidung von YBCO auf YSZ jedoch Zirkonatkomplexe bilden können, die auch die kri- tische Stromdichte Jc des HTS-Materials absenken, muss diese ihrerseits mit einer dritten Pufferschicht z.B. aus Ce02 abgedeckt werden. Ein solches 3-Lagen-Schichtensystem als Puffer ist jedoch technisch sehr aufwendig, daher teuer und außerdem zeitaufwendig wegen der gesputterten Zwischenschicht. Eine YSZ-Schicht direkt auf Ni ist sehr schwer herzustellen, da die (001) -Orientierung beim Sputtern nur schwer zu erreichen ist.For the reasons mentioned above, a metal strip made of nickel material and biaxially textured on its surface by means of a rolling process is provided as the carrier strip in accordance with the literature reference mentioned at the beginning. Corresponding metal strips are known under the name “RABiTS * (“ Rolling-Assisted-Biaxially-Textured-Substrates *). In the known superconductor structure, an intermediate layer system in the form of a Ce0 2 layer (as a first buffer layer) and a thicker layer of Y-stabilized Zr0 2 , so-called YSZ (as a second buffer layer), are deposited on such a metal strip. It is assumed that a good texture transfer can be achieved with a Ce0 2 layer if this layer itself has a good in-plane and out-of-plane (001) texture. However, since the first buffer layer has to be grown in a reducing atmosphere due to the use of a Ni-containing tape and because of the high vacuum required it is not possible to offer enough oxygen during the further manufacturing process, the Ce0 2 always grows slightly deficient in oxygen. As a result, the Ce0 2 material contracts as soon as it is exposed to an oxygen-containing atmosphere (> 1 mbar). This contraction of the Ce0 2 buffer layer then creates cracks in well-oriented layers from a layer thickness of 50 nm. The consequence of this is that such a buffer layer is no longer effective as a diffusion barrier. Thus, (111) -oriented grains neutralize undesirable layer tensions; however, such grains grow in a columnar manner. This means that when layer stress occurs Gap the columns apart and there is no longer a dense surface or layer. At such defects, ie (111) -oriented grains, there is a risk of undesired diffusion. For this reason, in the prior art mentioned, the first buffer layer is covered with a second, sputtered buffer layer made of YSZ or Y 2 0 3 . However, non-sputtered layers are not dense enough, since YSZ and Y2O3 grow in columnar form and the Ni diffuses between the columns into the YBCO material. In such a case, cracks could be covered with a porous buffer layer with a relatively large thickness between 500 nm and 2000 nm, which does not cause any layer stress problems. However, since zirconate complexes can form during the deposition of YBCO on YSZ, which also lower the critical current density J c of the HTS material, this in turn must be covered with a third buffer layer, for example made of Ce0 2 . However, such a 3-layer system as a buffer is technically very complex, therefore expensive and also time-consuming because of the sputtered intermediate layer. A YSZ layer directly on Ni is very difficult to produce because the (001) orientation is difficult to achieve during sputtering.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, für den Schichtaufbau der eingangs genannten Art ein Schichtensystem anzugeben, welches die genannten Forderungen erfüllt, so dass auch längere Trägerstücke, insbesondere von mehr als einem Meter, vorzugsweise über 100 m, mit gleichbleibender Qualität beschichtet werden können. Dabei soll eine Diffusion von Me- tallatomen aus dem Trägermaterial insbesondere in eine YBCO- Schicht ebenso wie eine Diffusion von Sauerstoff, der bei der Abscheidung und Ausbildung des YBCOs erforderlich ist, zur Metalloberfläche verhindert werden. Eine derartige Sauer- stoffdiffusion würde nämlich bei den üblichen Abscheide- und Glühtemperaturen des YBCO-Materials im Bereich von etwa 600 bis 800°C zu einer Metalloxidation führen und damit die Haftfestigkeit des Zwischenschichtsystems herabsetzen. Aus diesem Grunde sind im Allgemeinen Dicken des Zwischenschichtsystems zwischen etwa 0,05 und 2 um zu wählen, wobei diese Dicke vom gewählten Zwischenschichtmaterial abhängig sind. Ferner soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein entsprechender Supraleiteraufbau auf verhältnismäßig einfache Weise herstellbar ist.The object of the present invention is therefore to provide a layer system for the layer structure of the type mentioned at the outset which fulfills the requirements mentioned, so that even longer support pieces, in particular of more than one meter, preferably more than 100 m, can be coated with constant quality. Diffusion of metal atoms from the carrier material, in particular into a YBCO layer, as well as diffusion of oxygen, which is required for the deposition and formation of the YBCO, to the metal surface are to be prevented. Such an oxygen diffusion would namely lead to metal oxidation at the usual deposition and annealing temperatures of the YBCO material in the range of about 600 to 800 ° C. and thus reduce the adhesive strength of the interlayer system. For this Basically, the thickness of the interlayer system is generally between about 0.05 and 2 .mu.m, this thickness depending on the chosen interlayer material. Furthermore, a method is to be specified with which a corresponding superconductor structure can be produced in a relatively simple manner.
Die genannte Aufgabe wird bzgl. des Leiteraufbaus mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Dementsprechend soll das Zwischenschichtsystem eine dem Träger zugewandte, erste Zwischenschicht aus einem Cer-Oxid und einem der Supraleitungsschicht zugewandte, zweite Zwischenschicht aus einem Cer-Oxid aufweisen. Unter einem Schichtensystem wird in diesem Zusammenhang eine sukzessive Abscheidung von diskreten Schichten verstanden, die, wie im vorliegenden Falle, aus i- dentischem Material bestehen können.The stated object is achieved with respect to the conductor structure with the measures specified in claim 1. Accordingly, the intermediate layer system should have a first intermediate layer made of a cerium oxide facing the carrier and a second intermediate layer facing a superconducting layer made of a cerium oxide. In this context, a layer system is understood to mean a successive deposition of discrete layers, which, as in the present case, can consist of identical material.
Es wurde nämlich erkannt, dass es nicht unbedingt nötig ist, die erwähnten Teilaufgaben bzgl. des Schichtensystems, näm- lieh bzgl. einer Texturübertragung und bzgl. einer Diffusionsbarriere, auf Schichten aus unterschiedlichen Materialien zu verteilen. Durch eine Sauerstoffbeladung nach einem Aufdampfen der ersten Pufferschicht kann nämlich unstöchiometri- sches, aber (200) -orientiertes Ce02 in stöchiometrisches Ce02 umgewandelt werden. Dadurch zieht sich das Ce02 zusammen und es entstehen Risse in der ersten Pufferschicht. Durch diese absichtlich herbeigeführten Risse wird die erste Pufferschicht mechanisch relaxiert, so dass es möglich wird, diese Risse mit einer zweiten Pufferschicht wieder zu versiegeln, ohne dass die Risse von der zweiten Pufferschicht bis zum Substrat hindurchreichen. Es ist also nunmehr möglich, mit einer zweiten, vorzugsweise höchstens ebenso dicken Ce02- Schicht die Risse in der darunterliegenden ersten Ce02- Schicht völlig abzudecken. Dabei kann die zweite Schicht na- türlich aus denselben Gründen Risse aufweisen wie die erste Schicht. Allerdings treten diese Risse zumindest weitgehend nicht an den gleichen Stellen wie in der ersten Schicht auf, da an diesen Stellen die Schichtspannung minimal ist.It was recognized that it was not absolutely necessary to distribute the sub-tasks mentioned with regard to the layer system, namely with regard to texture transfer and with regard to a diffusion barrier, to layers made of different materials. By loading the oxygen after evaporation of the first buffer layer, unstoichiometric, but (200) -oriented Ce0 2 can be converted into stoichiometric Ce0 2 . As a result, the Ce0 2 contracts and cracks appear in the first buffer layer. These deliberately created cracks mechanically relax the first buffer layer so that it is possible to seal these cracks again with a second buffer layer without the cracks reaching from the second buffer layer to the substrate. It is therefore now possible to completely cover the cracks in the first Ce0 2 layer underneath with a second, preferably at most equally thick, CeO 2 layer. The second layer can of course have cracks for the same reasons as the first layer. However, these cracks occur at least largely not in the same places as in the first layer, because the layer tension is minimal at these points.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Aufbaus ist die Möglichkeit, hohe Stromdichten auch auf Trägern zu erzielen, deren Pufferschicht wegen schlechter Epitaxie nur einen Ce02 (200) -Anteil in der Größenordnung des Ce02 (111) -Anteils zeigt. Normalerweise ist eine derartige Pufferschicht undicht, da sich an Korngrenzen von (111)- und (200)- orientierten Körnern wie vorstehend erwähnt mechanische Spannungen abbauen. Die somit erzeugten Bruchstellen zwischen den Körnern werden jedoch mit der zweiten Pufferschicht aus dem Ce02 aufgefüllt. Dieses ist an den betroffenen Stellen zwar immer noch (111) -orientiert, stellt aber vorteilhaft eine dichte Barriere dar. Dabei ist von Vorteil, dass YBCO über kleinere (111) -orientierte Stellen problemlos hinüberwachsen kann.Another advantage of the construction according to the invention is the possibility of achieving high current densities even on supports whose buffer layer shows only a Ce0 2 (200) portion in the order of magnitude of the Ce0 2 (111) portion due to poor epitaxy. Such a buffer layer is normally leaky since mechanical stresses are reduced at grain boundaries of (111) and (200) oriented grains, as mentioned above. The fractures between the grains thus generated are filled with the second buffer layer from Ce0 2 . Although this is still (111) -oriented at the affected areas, it advantageously represents a dense barrier. It is advantageous here that YBCO can easily grow over smaller (111) -oriented areas.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Supralei- teraufbaus gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Sachansprüchen hervor.Advantageous refinements of the superconductor structure according to the invention emerge from the dependent claims.
So kann vorzugsweise das Supraleitermaterial vom Typ YBa2Cu32θx (YBCO) sein. Stattdessen kann auch ein Material vorgesehen werden, bei dem, ausgehend von YBCO, die Y-The superconductor material can preferably be of the YBa 2 Cu 32 θ x (YBCO) type. Instead, a material can also be provided in which, based on YBCO, the Y-
Komponente und/oder die Komponente Ba zumindest teilweise durch ein Element aus der jeweils entsprechenden Gruppe ersetzt sind/ist.Component and / or component Ba are / are at least partially replaced by an element from the corresponding group.
Vorteilhaft hat die erste Zwischenschicht aus dem Cer-Oxid eine Dicke von unter 200 nm, vorzugsweise 100 nm, und von mindestens 10 nm. Bei dieser Schichtdicke ist eine gute Hete- roepitaxie zu gewährleisten.The first intermediate layer made of cerium oxide advantageously has a thickness of less than 200 nm, preferably 100 nm, and of at least 10 nm. With this layer thickness, good hetero-epitaxy must be ensured.
Ferner ist es als vorteilhaft anzusehen, wenn die zweite Zwischenschicht aus dem Cer-Oxid eine vergleichsweise kleinere Dicke als die erste Zwischenschicht, insbesondere zwischen 50 nm und 200 nm hat. Eine derartige, verhältnismäßig dünne zweite Zwischenschicht gewährleistet die Dichtheit des gesamten Zwischenschichtsystems auch über große Längen des Supraleiteraufbaus und stellt dennoch eine gute Epitaxie-Unterlage für das darauf abzuscheidende HTS-Material dar. Außerdem ist mit dieser Dickenbemessung zu gewährleisten, dass die Schichtspannungen in der zweiten Zwischenschicht hinreichend klein genug sind, dass diese die erste Zwischenschicht nicht aufzureißen vermag.Furthermore, it is to be regarded as advantageous if the second intermediate layer made of cerium oxide has a comparatively smaller thickness than the first intermediate layer, in particular between 50 nm and 200 nm. Such a relatively thin second interlayer guarantees the tightness of the entire interlayer system even over great lengths of the superconductor structure and nevertheless represents a good epitaxial base for the HTS material to be deposited thereon. In addition, this thickness dimensioning must ensure that the layer stresses in the second Intermediate layer are sufficiently small that it is unable to tear open the first intermediate layer.
Um ein dickeres Zwischenschichtsystem zu erhalten, ist es selbstverständlich möglich, mehrere solcher Doppelschichten übereinander zu erzeugen, solange jede einzelne der Zwischenschichten nach dem Aufdampfen mit Sauerstoff beladen und da- mit relaxiert wird.In order to obtain a thicker intermediate layer system, it is of course possible to produce a plurality of such double layers one above the other, as long as each individual one of the intermediate layers is loaded with oxygen after vapor deposition and is thus relaxed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Supraleiteraufbaus gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen, von Anspruch 1 abhängigen Sachansprüchen hervor.Further advantageous refinements of the superconductor structure according to the invention emerge from the material claims which are not addressed above and which are dependent on claim 1.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Supraleiteraufbaus nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Abscheidung der ersten Zwischenschicht unter sauerstoffarmer oder -freier oder -reduzieren- der Bedingung diese Schicht einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt wird, bevor die zweite Zwischenschicht abgeschieden wird. Ein derartiges Verfahren ist besonders einfach durchzuführen. So lässt sich z.B. durch Belüften der ersten Zwischenschicht mit Sauerstoff oder einer sauerstoff- haltigen Atmosphäre bewerkstelligen, da sich unstöchiometri- sches Cer-Oxid nach dem Fluten mit Sauerstoff zusammenzieht. Hierfür reicht schon ein Sauerstoffdruck oder Sauerstoffpar- tialdruck höher als bei der Beschichtung, insbesondere von mindestens 50 mbar, vorzugsweise 100 mbar aus, um die ge- wünschte Ausbildung von Rissen in dieser Zwischenschicht zu gewährleisten. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung verwiesen. Dabei zeigen jeweils schematisch deren Figur 1 eine prinzipielle Ausbildungsmöglichkeit einesA preferred method for producing a corresponding superconductor structure according to the invention is characterized in that after the first intermediate layer has been deposited under a condition which is low or free from oxygen or reduced, this layer is exposed to an oxygen-containing atmosphere before the second intermediate layer is deposited. Such a method is particularly easy to carry out. For example, by ventilating the first intermediate layer with oxygen or an oxygen-containing atmosphere, unstoichiometric cerium oxide contracts with oxygen after flooding. An oxygen pressure or oxygen partial pressure higher than that of the coating, in particular of at least 50 mbar, preferably 100 mbar, is sufficient for this to ensure the desired formation of cracks in this intermediate layer. To further explain the invention, reference is made below to the drawing. In each case schematically their Figure 1 show a basic training possibility of a
Supraleiteraufbaus nach der Erfindung sowie deren Figur 2 einen Ausschnitt aus dem Schichtensystem diesesSuperconductor structure according to the invention and its Figure 2 a section of the layer system of this
Supraleiteraufbaus . In den Figuren sind sich entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Superconductor structure. In the figures, corresponding parts are each provided with the same reference symbols.
Bei der Gestaltung des Supraleiteraufbaus nach der Erfindung wird von an sich bekannten Ausführungsformen ausgegangen (vgl. die eingangs genannte Literaturstelle „Appl. Super- cond.* oder die WO 00/46863) . Der Supraleiteraufbau, der in Figur 1 allgemein mit 2 bezeichnet ist, umfasst deshalb zumindest einen auch als Substrat zu bezeichnenden, langgestreckten Träger 3 mit einer Dicke dl. Auf dem Träger sind wenigstens zwei auch als Pufferschichten zu beschichtende Zwischenschichen 4 bzw. 5 mit Dicken d2 bzw. d3 abgeschieden. Auf dem so gebildeten Zwischenschichtsystem 6 ist eine Schicht 7 mit einer Dicke d4 aus einem speziellen HTS- Material aufgebracht.When designing the superconductor structure according to the invention, it is assumed that the embodiments are known per se (cf. the above-mentioned literature reference “Appl. Supercond. *” Or WO 00/46863). The superconductor structure, which is denoted generally by 2 in FIG. 1, therefore comprises at least one elongate carrier 3, also known as a substrate, with a thickness d1. At least two intermediate layers 4 and 5, which are also to be coated as buffer layers, are deposited on the carrier with thicknesses d2 and d3. A layer 7 with a thickness d4 of a special HTS material is applied to the intermediate layer system 6 thus formed.
Für den Träger 3 wird eine Platte oder ein Band oder eine sonstige langgestreckte Struktur aus einem besonderen metallischen Material mit der an sich beliebigen Dicke dl und den für den jeweiligen Anwendungsfall geforderten Abmessungen seiner Fläche verwendet. Der Träger kann dabei auch Teil eines Verbundkörpers mit mindestens noch einem weiteren, in der Figur nicht dargestellten Element sein. Dieses Element kann zur mechanischen Verstärkung und/oder zur elektrischen Stabilisierung vorgesehen werden und befindet sich beispielsweise auf der dem Zwischenschichtsystem 6 abgewandten Seite des Trägers. Ein solches weiteres Element kann beispielsweise aus Cu bestehen. Für den erfindungsgemäßen Aufbau soll als metallisches Material für den Träger 3 Nickel (Ni) oder eine Ni-Legierung gewählt sein. Seine dem Zwischenschichtsystem 6 zugewandte Oberfläche soll dabei eine biaxiale Textur aufweisen (soge- nannte „Würfellagentextur* ) . Entsprechende Träger werden auch als „RABiTS* bezeichnet (vgl. die genannten WO 00/46863) .For the carrier 3, a plate or a band or some other elongated structure made of a special metallic material is used with the thickness d 1 which is arbitrary per se and the dimensions of its area required for the respective application. The carrier can also be part of a composite body with at least one further element not shown in the figure. This element can be provided for mechanical reinforcement and / or for electrical stabilization and is located, for example, on the side of the carrier facing away from the interlayer system 6. Such a further element can consist of Cu, for example. For the construction according to the invention, 3 nickel (Ni) or a Ni alloy should be selected as the metallic material for the carrier. Its surface facing the interlayer system 6 should have a biaxial texture (so-called “cube-layer texture *). Corresponding carriers are also referred to as “RABiTS * (cf. WO 00/46863 mentioned).
Als HTS-Materialien kommen alle bekannten metalloxidischen Hoch-Tc-Supraleitermaterialien in Frage, die sich vom Typ (RE)ιM2Cu3Ox ableiten lassen. Bevorzugt wird ein YBCO-Material vorgesehen. Die Dicke d4 der entsprechenden HTS-Schicht 7 ist an sich unkritisch und liegt im Allgemeinen unter 5 um. Im Hinblick auf eine hohe Stromtragfähigkeit können aber auch noch größere Schichtdicken gewählt werden. Gegebenenfalls kann auf dieser Schicht noch mindestens eine weitere Schicht wie z.B. eine Schutzschicht oder eine Stabilisierungsschicht, insbesondere aus Ag oder einer Ag-Legierung aufgebracht sein.All known metal oxide high-T c superconductor materials which can be derived from the (RE) ιM 2 Cu 3 O x type are suitable as HTS materials. A YBCO material is preferably provided. The thickness d4 of the corresponding HTS layer 7 is not critical per se and is generally less than 5 μm. In view of a high current carrying capacity, even larger layer thicknesses can be selected. If necessary, at least one further layer, such as a protective layer or a stabilizing layer, in particular made of Ag or an Ag alloy, can be applied to this layer.
Abweichend von der bekannten Ausführungsform eines Supralei- teraufbaus gemäß der WO 00/46863 bestehen die beiden Zwischenschichten 4 und 5 des Schichtensystems 6 des Schichtaufbaus 2 nach der Erfindung aus einem Ce-Oxid, insbesondere Ce02. Dabei liegt die Dicke d2 der ersten, dem Träger 3 zugewandten Schicht 5 vorzugsweise über 10 nm und kann im Allge- meinen bis 200 nm, gegebenenfalls bis 2 μm reichen. Die zweite, der YBCO-Schicht 7 zugewandte Zwischenschicht 5 kann dieselbe Dicke d3 haben; im Allgemeinen ist diese Schicht jedoch vergleichsweise dünner oder höchstens gleich dick. Beispielsweise liegt die Dicke d3 zwischen 50 nm und 200 nm.In a departure from the known embodiment of a superconductor structure according to WO 00/46863, the two intermediate layers 4 and 5 of the layer system 6 of the layer structure 2 according to the invention consist of a Ce oxide, in particular CeO 2 . The thickness d2 of the first layer 5 facing the carrier 3 is preferably above 10 nm and can generally reach up to 200 nm, optionally up to 2 μm. The second intermediate layer 5 facing the YBCO layer 7 can have the same thickness d3; in general, however, this layer is comparatively thinner or at most the same thickness. For example, the thickness d3 is between 50 nm and 200 nm.
Alle Schichten des Supraleiteraufbaus werden mit Hilfe an sich bekannter Abscheideverfahren unter Aufheizung des Trägers aufgebracht. Die Abscheidung erfolgt dabei im Allgemeinen unter einer sauerstoffarmen oder -freien oder -reduzie- renden Bedingung, z.B. bei einem Sauerstoffpartialdruck p(02) mit 10~6 mbar < p (02) < 10"2 mbar. Figur 2 zeigt als Ausschnitt des Supraleiteraufbaus 2 nach Figur 1 die beiden Zwischenschichten 4 und 5 des Schichtensystems 6 in vergrößerter Darstellung. Dabei wurde von einer Ausführungsform ausgegangen, bei der die Schichtdicken d2 und d3 etwa gleich groß sind und beispielsweise jeweils 100 nm betragen. Wie aus der stark schematisierten Figur ersichtlich ist, zeigen beide Schichten aus dem Ce02-Material unvermeidlich auftretende Risse 9 bzw. 10. Vorteilhaft liegen jedoch diese Risse in unterschiedlichen Bereichen des Schichtensys- tems, so dass dieses eine praktisch nicht-durchbrochene Diffusionsbarriere zwischen dem Ni-Material des Trägers 3 und einer aufzubringenden YBCO-Schicht 7 bildet. Dies lässt sich dadurch gewährleisten, dass bei der Herstellung des Schichtsystems 6 dafür gesorgt wird, dass die Risse 9 schon in der ersten Zwischenschicht 4 entstehen, noch bevor die zweiteAll layers of the superconductor structure are applied with the aid of known deposition processes while heating the carrier. The deposition is generally carried out under an oxygen-poor or -free or -reducing condition, for example at an oxygen partial pressure p (0 2 ) with 10 ~ 6 mbar <p (0 2 ) <10 "2 mbar. Figure 2 shows a detail of the superconductor structure 2 according to Figure 1, the two intermediate layers 4 and 5 of the layer system 6 in an enlarged view. An embodiment was assumed in which the layer thicknesses d2 and d3 are approximately the same size and, for example, each amount to 100 nm. As can be seen from the highly schematic figure, both layers of the Ce0 2 material show cracks 9 and 10 which inevitably occur. However, these cracks advantageously lie in different areas of the layer system, so that this has a practically uninterrupted diffusion barrier between the Ni material of the carrier 3 and a YBCO layer 7 to be applied forms. This can be ensured by making sure that the cracks 9 already form in the first intermediate layer 4 before the second one is produced during the production of the layer system 6
Zwischenschicht 5 aufgebracht wird. Hierzu kann vorteilhaft eine Belüftung der ersten Zwischenschicht mit Sauerstoff, insbesondere unmittelbar nach deren Abscheidung, erfolgen, da sich unstochiometrisch.es Ce02 nach einem Fluten mit Sauer- stoff zusammenzieht. Eine Vakuumanlage zum Abscheiden derIntermediate layer 5 is applied. To this end, the first intermediate layer can advantageously be aerated with oxygen, in particular immediately after its deposition, since unstochiometric.es Ce0 2 contracts after flooding with oxygen. A vacuum system to separate the
Zwischenschicht z.B. unter dem vorgenannten geringen Sauerstoffpartialdruck p (02) kann einfach vor dem Aufbringen der zweiten Schicht einmal belüftet und/oder geöffnet werden. Hierbei ist ein solcher Sauerstoffdruck oder ein Sauerstoff- partialdruck zu wählen, dass eine vollständige Oxidation der ersten Ce02-Zwischenschicht 4 sichergestellt ist. So würde eine 02-Atmosphäre von 10"3 mbar nur zu einer unstöchiometri- schen Ce02-Zwischenschicht führen. Im Allgemeinen reicht aber ein 02-Druck von 50 mbar, vorzugsweise von mindestens 100 mbar, aus. Erfahrungsgemäß sollte aber dieser Druck deutlich höher als bei dem Beschichtungsprozess liegen. Beispielsweise wird ein Druck von 200 mbar p (02) gewählt. Ein Abkühlen des Aufbaus aus Träger 3 und erster Zwischenschicht 4 bei der Herstellung ist für eine Entstehung der Risse in der ersten Schicht nicht erforderlich. Danach werden die zweite Zwischenschicht 5 aus Ce02 und anschließend die YBCO- Schicht 7 erzeugt. Bei dem vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass das Zwischenschichtsystem 6 lediglich aus zwei diskreten Ce02-Zwischenschichten 4 und 5 gebildet wird. Selbstverständlich kann das Zwischenschichtsystem auch eine größere Anzahl von einzelnen Zwischenschichten aufweisen, insbesondere wenn es um eine bessere Diffusionsdichtheit geht. So können beispielsweise beliebig viele 100 nm dicke Zwischenschichten aufgebracht werden, solange nach jeder ein- zelnen Schicht eine Sauerstoffbeladung z.B. durch Belüftung erfolgt. Die maximale Dicke der einzelnen Zwischenschichten hängt dabei im Wesentlichen nur von dem maximal möglichen 02- Partialdruck während des Abscheidungsvorganges ab. Die Gesamtdicke des Zwischenschichtsystems und damit die Anzahl der einzelnen Zwischenschichten hängt dabei auch von dem Ausdehnungskoeffizienten des Zwischenschichtsystems ab, der im Allgemeinen auf die Ausdehnungskoeffizienten des Trägermaterials und/oder Supraleitermaterials abgestimmt sein sollte. Intermediate layer, for example under the aforementioned low oxygen partial pressure p (0 2 ), can simply be ventilated and / or opened once before the second layer is applied. In this case, such an oxygen pressure or an oxygen partial pressure is to be selected that complete oxidation of the first CeO 2 intermediate layer 4 is ensured. A 0 2 atmosphere of 10 "3 mbar would only lead to an unstoichiometric Ce0 2 intermediate layer. In general, however, a 0 2 pressure of 50 mbar, preferably of at least 100 mbar, is sufficient. Experience has shown that this pressure should, however For example, a pressure of 200 mbar p (0 2 ) is selected. A cooling of the structure consisting of carrier 3 and first intermediate layer 4 during production is not necessary for the formation of the cracks in the first layer the second intermediate layer 5 of Ce0 2 and then the YBCO layer 7 are produced. In the exemplary embodiment described above, it was assumed that the interlayer system 6 is only formed from two discrete CeO 2 intermediate layers 4 and 5. Of course, the intermediate layer system can also have a larger number of individual intermediate layers, especially when it comes to better diffusion tightness. For example, any number of 100 nm thick intermediate layers can be applied as long as oxygen is loaded after each individual layer, for example by ventilation. The maximum thickness of the individual intermediate layers essentially depends only on the maximum possible partial pressure of 0 2 during the deposition process. The total thickness of the intermediate layer system and thus the number of individual intermediate layers also depends on the coefficient of expansion of the intermediate layer system, which should generally be matched to the coefficients of expansion of the carrier material and / or superconductor material.

Claims

Patentansprüche claims
1. Langgestreckter Supraleiteraufbau (2) zur Führung eines elektrischen Stromes in einer vorbestimmten Richtung mit we- nigstens folgenden Teilen, nämlich mit1. Elongated superconductor structure (2) for carrying an electrical current in a predetermined direction with at least the following parts, namely with
- einem biaxial texturierten Träger (3) aus Nickel-Material, einem auf dem Träger (3) abgeschiedenes Zwischenschichtsystem (6), das zumindest eine dem Träger (3) zugewandten, erste Zwischenschicht (4) aus einem Cer-Oxid und eine dar- auf aufgebrachte, zweite Zwischenschicht (5) aus einem Cer-Oxid aufweist und- A biaxially textured carrier (3) made of nickel material, an intermediate layer system (6) deposited on the carrier (3), which has at least one first intermediate layer (4) facing the carrier (3) made of a cerium oxide and a applied to the second intermediate layer (5) made of a cerium oxide and
- einer auf dem Zwischenschichtsystem (6) abgeschiedenen Supraleitungsschicht (7) aus einem Hoch-Tc- Supraleitermaterial vom Typ (RE)M2Cu3θx, wobei die Komponente RE wenigstens ein Seltenes Erdmetall (einschließlich Yttrium) und die Komponente M wenigstens ein Erdalkalimetall enthalten.- A superconducting layer (7) deposited on the interlayer system (6) made of a high-T c - superconducting material of the type (RE) M 2 Cu3θ x , wherein the component RE at least one rare earth metal (including yttrium) and the component M at least one alkaline earth metal contain.
2. Supraleiteraufbau nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Supraleitermaterial
Figure imgf000014_0001
2. Superconductor structure according to claim 1, characterized in that the superconductor material
Figure imgf000014_0001
3. Supraleiteraufbau nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Y-Komponente und/oder die Ba-Komponente zumindest teilweise durch ein Element aus der jeweils entsprechenden Gruppe ersetzt sind/ist.3. Superconductor structure according to claim 2, so that the Y component and / or the Ba component are / are at least partially replaced by an element from the corresponding group.
4. Supraleiteraufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Zwischenschicht (4) eine Dicke (d2) von unter 2μm, insbesondere unter 200 nm, vorzugsweise unter 100 nm hat, und mindestens 10 nm dick ist.4. Superconductor structure according to one of the preceding claims, that the first intermediate layer (4) has a thickness (d2) of less than 2 μm, in particular less than 200 nm, preferably less than 100 nm, and is at least 10 nm thick.
5. Supraleiteraufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Zwischenschicht (5) höchstens dieselbe Dicke (d3) wie die erste Zwischenschicht (4), vorzugsweise eine vergleichsweise kleinere Dicke (d3) hat.5. Superconductor structure according to one of the preceding claims, characterized in that the second intermediate layer (5) at most the same thickness (d3) as the first intermediate layer (4), preferably has a comparatively smaller thickness (d3).
6. Supraleiteraufbau nach Anspruch 5, g e k e n n - z e i c h n e t durch eine Dicke (d3) der zweiten Zwischenschicht (5) zwischen 50 nm und 200 nm.6. superconductor structure according to claim 5, g e k e n n - z e i c h n e t by a thickness (d3) of the second intermediate layer (5) between 50 nm and 200 nm.
7. Supraleiteraufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Supraleitungsschicht (7) mit einer Dicke (d4) von höchstens 5 μm.7. Superconductor structure according to one of the preceding claims, g e k e n n z e i c h n e t by a superconducting layer (7) with a thickness (d4) of at most 5 microns.
8. Supraleiteraufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Träger (3) mit Bandform.8. Superconductor structure according to one of the preceding claims, g e k e n n z e i c h n e t by a carrier (3) with a band shape.
9. Verfahren zur Herstellung eines Supraleiteraufbaus nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nach einer Abscheidung der ersten Zwischenschicht (4) unter sauerstoffarmer oder -freier oder -reduzierender Bedingung diese Schicht einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt wird, bevor die zweite Zwischenschicht abgeschieden wird.9. A method for producing a superconductor structure according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that after a deposition of the first intermediate layer (4) under low or oxygen-free or reducing conditions, this layer is exposed to an oxygen-containing atmosphere before the second intermediate layer is deposited.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass eine Sauerstoffbeladung der ersten10. The method of claim 9, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t that an oxygen loading of the first
Zwischenschicht (4) bei einem Sauerstoffdruck oder Sauerstoffpartialdruck von mindestens 50 mbar, vorzugsweise von mindestens 100 mbar, erfolgt. Intermediate layer (4) at an oxygen pressure or oxygen partial pressure of at least 50 mbar, preferably of at least 100 mbar.
PCT/DE2003/001755 2002-06-13 2003-05-28 Elongate superconductor structure comprising a high-tc superconductor material, an oxidic intermediate layer system, and a nickel support, and method for the production of said structure WO2003107446A2 (en)

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OH S ET AL: "Comparative study on the crack formations in the CeO2 buffer layers for YBCO films on textured Ni tapes and Pt tapes" PHYSICA C, Bd. 308, Nr. 1-2, 1. November 1998 (1998-11-01), Seiten 91-98, XP004145082 ISSN: 0921-4534 *

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