WO2013045229A1 - Strip-shaped high-temperature superconductor and method for producing a strip-shaped high-temperature superconductor - Google Patents
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Classifications
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- H10N60/00—Superconducting devices
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- H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
- H10N60/0801—Manufacture or treatment of filaments or composite wires
Definitions
- the present invention relates to a band-shaped high-temperature superconductor with at least one conductor strip, which high-temperature superconducting (HTS) material comprises, and with at least a first electrically normally conductive layer on an upper surface of the conductor strip and with Wenig ⁇ least a second electrically normally conductive layer a bottom of the ladder band.
- the present invention further relates to a method of making the same by laminating the at least one first and at least one second layer on the conductor tape.
- Ribbon-shaped high-temperature superconductors are used for the loss-free transmission of currents. They are used, inter alia, in cables, in magnetic coils, in transformers, in current limiters or in electrical machines.
- T c critical temperature
- HTS high-temperature superconductor
- metal oxide compounds which have high transition temperatures T c of over 77 K. This allows the cost-effective use of liquid nitrogen (LN 2 ) cooling technology to cool the materials below the transition temperature T c .
- Metal oxide compounds used are, for example cuprates based on special material systems, such as the type (RE) -M-Cu-O, wherein the components at least one RE Sel ⁇ tenes earth metal (including Y) and the component M is at least one alkaline earth metal contained.
- the main representative of this type is the material YBa 2 Cu30 x , so-called "YBCO".
- YBCO is a ceramic that has porous, brittle properties.
- strip conductors from YBCO which have a certain flexibility without destroying the ceramic, they must be applied as a thin layer on a support.
- support are usually metal bands, such as steel strip or bands of nickel compounds, on which the YBCO material is deposited as a thin layer.
- the HTS material is generally not deposited directly on a metallic carrier tape; but this carrier tape is covered first with Minim ⁇ least a thin intermediate layer, which is also referred to as a buffer layer or "buffer" layer.
- This interim rule layer ⁇ having a thickness in the order of about 1 ym, to the diffusion of metal atoms
- the surface can be smoothed out and the adhesion of the HTS material can be improved with such an intermediate layer serving as a diffusion barrier HTS material to the metal ⁇ metallic carrier tape is made possible through the intermediate layer in many cases.
- Appropriate interlayers be ⁇ are especially of oxides of metals such as zirconium, cerium, yttrium, strontium or magnesium or alloys with these metals, and are therefore usually electrically insulating.
- the intermediate layers serve to textured growth of the HTS material. They have a thermal expansion ⁇ coefficient which ⁇ agrees with the thermal expansion coefficient of the HTS material at least approximately correspond to possibly giving relatively to avoid undesirable mechanical stresses on all indispensable for applications of superconductivity technology and the layer preparation temperature cycles and damage such as flaking. Similar requirements are also to be selected for the system "carrier intermediate layer.” Here, too, good adhesion properties are to be striven for, whereby at the same time the desired texturing of the intermediate layer must not be adversely affected To achieve current densities J c in the band-shaped conductors.
- the HTS layers usually have inhomogeneities, which can locally lead to a collapse of the superconducting properties of the materials at high current densities or at high magnetic fields. Especially in the production of very long bands inhomogeneities in the HTS layers can not be prevented. These impair the line properties of the strip-shaped high-temperature superconductors in use very strong and can lead to their destruction in extreme cases. To prevent this, the high-temperature superconductors are provided with a copper or noble metal layer on the HTS layer, which can electrically bridge local inhomogeneities.
- This copper or noble metal layer such as silver layer, is referred to as electrical support layer or as a stabilization ⁇ layer. It is used both for electrical About ⁇ bridging of discontinuities, as well as for mechanical stabilization of the strip conductors.
- the copper or noble metal layer further enables easy contact of the conductors, for example by soldering, and protects the HTS layer from destruction in the event of brief overcurrents I> I c in the event of a short circuit.
- a typical value for the current carrying capacity per Proceduresge ⁇ weight of a band-shaped YBCO high temperature superconductor with a copper layer is 57 Am / g at a copper layer thickness of 40 .mu.m, these values may also depend on the quality and composition of the copper.
- Sufficient electrical stabilization in applications in, for example, generators may, however, require thicker copper layers, eg copper layers with a thickness of greater than 100 ym, the Current carrying capacity per unit weight falls below 40 Am / g. Higher copper layer thicknesses further lead to an increase in the weight and volume requirement of the strip-shaped high-temperature superconductor. Weight and volume requirements in many applications, such as in generators, limited by geometric factors and an increase in the weight and volume requirements of the ladder leading to a Verschlech ⁇ esterification of the properties and the efficiency of machines.
- the tapes When selecting the material thickness, one is limited by the properties of the laminated metal strips and by the electrical and mechanical properties required by the strip-shaped high-temperature superconductors in the application.
- the tapes must be thick enough to be mechanically stable and to have sufficient current carrying capacity for electrical bridging of voids in the HTS material and collapse of the superconducting properties.
- a breakdown of the superconducting properties of the laminated metal bands must be of sufficient size to carry the entire current under certain circumstances, and to the destruction of the band-shaped high-temperature superconductivity ⁇ conductor to prevent, for example, due to local overheating and melting or flaking of layers.
- Intermediate and outer layers on the substrate tape can be used at high currents not sufficient to carry the current in the normal conducting state.
- band-shaped high-temperature superconductors An optimization of the band-shaped high-temperature superconductors is usually carried out according to the required electrical or the required mechanical properties.
- highly mechanically loaded strip-shaped high-temperature superconductor provided with steel strips of the same thickness which e.g. have a high tensile strength, but a poor electrical conductivity. This is the use of this band-shaped
- High temperature superconductor limited to applications that require low current carrying capacity. Tape shaped high temperature superconductor ⁇ for applications with high electrical load capacity are the same, as a rule, for example, with copper bands thick laminated, thus, for example, results in a limited me ⁇ chanical resistance to tensile forces. Better mechanical or electrical properties are only possible by using two equal metal bands with a greater thickness, which worsens the spatial conditions in the application. For example, in MRI coils thicker strip-shaped high-temperature superconductors are associated with considerable deterioration of the properties on MRI, such as lower field strengths at the patient site and higher amounts of waste heat during energization.
- Object of the method according to the invention for producing a band-shaped high-temperature superconductor and the ribbon ⁇ shaped high-temperature superconductor is therefore an op ⁇ timale mechanical stability at the same time, optimum electrical current carrying capacity for an application to Errei ⁇ surfaces, in particular at a minimum weight and thickness of the band ⁇ shaped high-temperature superconductor.
- the specified object is achieved with respect to the method for producing a strip-shaped high-temperature superconductor having the features of claim 1 and with respect to the strip-shaped high-temperature superconductor having the features of claim 7.
- Advantageous embodiments of the method according to the invention for producing a strip-shaped high-temperature Supralei ⁇ age and the band-shaped high-temperature superconductor will be apparent from the respective associated dependent claims.
- the features of the independent claims may be combined with each other and with the features of the subclaims and features of the dependent claims.
- the inventive process for producing a band-shaped high-temperature superconductor comprising the steps of loading ⁇ riding provide at least one conductor strip, which comprises high Tempe ⁇ temperature superconductor (HTS) material and laminating at least a first electrically normally conductive layer on a top surface and at least a second electrically normally conductive layer on a bottom of the ladder band.
- HTS high Tempe ⁇ temperature superconductor
- the conductor band can be produced by direct or indirect application of high-temperature superconductor (HTS) material, in particular in the form of a layer on top of a carrier tape.
- the carrier tape can be metallic.
- a buffer layer between carrier tape and high temperature superconductor (HTS) material may be used, for example, to achieve epitaxial growth of the HTS material and improved adhesion to the substrate.
- a metallic carrier strip in particular made of steel, has sufficient mechanical stability so as not to be damaged or destroyed during further processing such as laminating.
- the at least one first electrically normal-conducting layer can be formed on the upper side of the conductor strip as an electrical shunt.
- the at least one second electrically normal conductive layer can be formed on the underside of theêtban ⁇ des as mechanical stabilization.
- first electrically conductive normal layer on the back could be an electrically poorly conducting PUF fer Mrs prevent gu ⁇ th electrical contact between the at least one first electrically conductive layer and the normal HTS layer between HTS material and backing layer.
- first electrically normal conductive layer a metal ⁇ layer, in particular of copper or brass, are applied.
- second electrically normal conductive layer a metal layer, in particular made of steel ⁇ applied. Copper has very good electrical properties and steel has very good mechanical properties, ie a good mechanical stability.
- first electrically normal conductive layer but also a metal layer of copper can be applied as a second electrically normal conductive layer
- a metal layer of brass can be applied. Brass has better mechanical strength compared to copper.
- An inventive band-shaped high-temperature superconductor in particular produced according to the method described above, has at least one conductor strip on which high ⁇ temperature superconductor (HTS) material comprises and includes we ⁇ tendonss a first electrically normally conductive layer on an upper surface of the conductor strip on and at least a second electrically normal conductive layer on an underside of the conductor strip.
- the at least one first and second electrically we ⁇ tendonss a normal conductive layer are made of different materials.
- the conductor strip may comprise high-temperature superconductor (HTS) material, in particular in the form of a layer, directly or indirectly on top of a carrier tape.
- the carrier tape may be a metallic carrier tape.
- the at least one first normally electrically conductive layer may be formed on the upper side of the conductor strip as an electrical shunt, and the at least one second electrically normal conducting layer may be formed on the lower side of the conductor frame as mechanical stabilization.
- the first electrically conductive normal layer may be a metal layer or ⁇ include, in particular of copper or brass.
- the second electrically normal-conducting layer may be or comprise a metal layer, in particular of steel.
- the first electrically normal conductive layer may also be a metal layer of copper or copper and include the second electrically conductive layer may be a normal Me ⁇ talltik comprise brass or brass.
- the total thickness of the ribbon-shaped high-temperature superconductor may be in the range of 0.1 to 0.5 mm. These are thicknesses which work well in HTS applications such as e.g. MRT, current limiters, motors or generators can be used without spatially causing problems.
- the electrical properties of the strip-shaped high-temperature superconductor can be adjusted in the normal conducting state by the thickness of the at least one first normal-conducting layer, and the mechanical properties of the high-temperature strip-shaped superconductor can be adjusted by the thickness of the at least one second normal conducting layer.
- FIG. 1 is a schematic sectional view of a conductor strip 1 in an oblique view
- Fig. 2 is a schematic sectional view of a band-shaped high-temperature superconductor according to the prior art in an oblique view
- Fig. 3 is a schematic sectional view of a strip-shaped high-temperature superconductor according to the invention in an oblique view
- Fig. 1 is a section through a conductor strip 1 shown in an oblique view.
- the conductor strip 1 comprises a substrate 2 in the form of a belt substrate having thereon strig Kunststoffe ⁇ NEN HTS layer 4.
- the substrate is for example a steel strip.
- the HTS layer may consist of eg YBCO. But there are also other, in particular the materials described above possible.
- a buffer layer 3 is arranged between the band-shaped carrier 2 and the HTS layer 4 in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1.
- a thin noble metal layer or a thin copper layer may be galvanically deposited as a cover layer 5. This serves as a bypass, that is, the electric Sprintbrü ⁇ ckung of voids in the example ceramic HTS layer 4.
- the covering layer 5 is formed to be thin, for example in the range less ym.
- the cover layer 5 is not sufficient to carry in the normal conducting state of the conductor ⁇ band 1 the entire stream.
- the buffer layer 3 prevents without additional measures a power line over the carrier tape 2.
- Strö ⁇ measures necessary to si ⁇ cher ripple a current carrying capacity of the conductor strip 1 in the normal conducting state of the conductor strip.
- tensile forces for example, act on the wire tied one powerful forces, the Wi ⁇ ckeln.
- an additional mechanical Sta ⁇ stabilization of the conductor strip 1 may be necessary.
- a band-shaped high temperature superconductor is shown in the prior art with a possible measure for electrical and mechanical stabilization.
- the strip-shaped high-temperature superconductor comprises the previously described conductor strip 1 shown in FIG.
- Tape 1 is a measure of stabilization on the flat top and bottom of a metal strip 6, 6 'auflami ⁇ ned.
- the metal strip 6, 6 ' may for example consist of steel, copper or brass.
- the metal strip 6 on top of the fiber ribbon 1 has the same material and the same thickness as the metal strip 6 'on the underside of the ribbon fiber 1.
- the metal strip 6' on the top side in electrical Kon ⁇ clock for HTS layer 4 serves the electrical stabilization and takes over in the normal conducting state of the conductor strip 1 substantially the power line.
- the metal strip 6 is provided in addition to the mechanical stabilization of the conductor strip 1.
- the choice of material and the thickness of the metal foil ⁇ 6, 6 ' determines the mechanical stability and the current carrying capacity of band-like high-temperature superconductors ters and its total thickness.
- An optimization can be done at mini ⁇ cal thickness either for a large mechanical or a large electrical load capacity.
- a simultaneous optimization for a large mechanical and a large elekt ⁇ imperious bearing capacity is not possible with minimum thickness.
- FIG. 3 shows a band-shaped high-temperature superconductor according to the invention.
- On also includes the conductor strip 1 is located on the flat top of a band of a first metal as a first electrically conductive layer 8 laminated normal.
- a band of a second metal is laminated as a second electrically conductive layer normal. 7
- the material of the metal strip 8 on the upper side and the material of the metal strip 7 on the underside of the conductor strip 1 are different.
- the electrical and the mechanical properties of the high-temperature superconductor can be set independently of one another.
- the material of the normal-conducting layer 8 on the upper side of the conductor strip 1 can be selected purely according to its electrical properties. Thus, a material with low electrical resistance is preferably selected at room temperature, for example copper.
- Layer 8 is chosen according to the current carrying capacity required for the particular application, i. the maximum possible current in the normal conducting state of the conductor strip 1 e.g. at room temperature.
- the material of the normal conductive layer 7 on the underside of the conductor strip 1 can be selected purely according to its mechanical properties.
- a material with high mechanical stability, in particular at Switzerlandbelas ⁇ tung is preferably selected, for example, steel.
- This material may have a schle ⁇ chtere electrical conductivity than the layer 8.
- the thickness of the normal conducting layer 7 is selected according to the necessary for the particular application mechanical stability, that is the maximum possible mechanical stress such as during the winding or pulling the band-shaped high-temperature superconductor.
- the materials and thicknesses of the layers 7 and 8 may be selected such, and combines that with minimal total ⁇ thickness of the band-shaped high-temperature superconductor is a necessary for the respective application and / or maximum mechanical see overall stability and at the same time a necessary for the particular application and / or maximum electrical Stabili ⁇ ie current carrying capacity in the normally conductive state of the conductor strip 1 is obtained tion.
- the exemplary embodiment described above can also be carried out with other materials having the necessary properties.
- Layers 7 and 8 can optionally also be reversed.
- the embodiment can also be combined with embodiments of the prior art, especially the above-described ⁇ NEN embodiments.
- the at least one first normally electrically conductive layer 8 and the at least one second electrically normal ⁇ conductive layer 7 on the conductor strip 1 at the same time or consecutively, in temporal succession, in particular Tape form be laminated.
- There may be one normal second electrically conductive layer 7 layer stack are laminated as at least a first electrically conductive layer 8, and normal as we ⁇ iquess. It is also possible to produce layer stacks by successively laminating several identical or different tapes.
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Abstract
The invention relates to a strip-shaped high-temperature superconductor with at least one conductor strip (1) which comprises a high-temperature superconductor (HTS) material, at least one first electrically normal-conductive layer (8) on an upper face of the conductor strip (1), and at least one second electrically normal-conductive layer (7) on a lower face of the conductor strip (1). The invention further relates to a method for producing said superconductor by laminating the at least one first and the at least one second layer (8, 7) on the conductor strip (1). The at least one first and the at least one second layer (8, 7) are made of different materials, whereby any desired electric and mechanical properties of the strip-shaped high-temperature superconductor can be set via the thickness of the at least one first and the at least one second layer (8, 7).
Description
Beschreibung description
Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter und Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters A strip-shaped high-temperature superconductor and method for producing a ribbon-shaped high-temperature superconductor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter mit wenigstens einem Leiterband, welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und mit wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Oberseite des Leiterbandes und mit wenigs¬ tens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Unterseite des Leiterbandes. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zu dessen Herstellung durch Auflaminieren der wenigstens einen ersten und der we- nigstens einen zweiten Schicht auf dem Leiterband. The present invention relates to a band-shaped high-temperature superconductor with at least one conductor strip, which high-temperature superconducting (HTS) material comprises, and with at least a first electrically normally conductive layer on an upper surface of the conductor strip and with Wenig ¬ least a second electrically normally conductive layer a bottom of the ladder band. The present invention further relates to a method of making the same by laminating the at least one first and at least one second layer on the conductor tape.
Bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter, wie sie z.B. aus der US7109151B2 bekannt sind, werden zur verlustfreien Übertragung von Strömen verwendet. Sie werden unter anderem in Ka- beln, in Magnetspulen, in Trafos, in Strombegrenzern oder in elektrischen Maschinen eingesetzt. Bei Kühlung des supraleitenden Materials unterhalb einer Sprungtemperatur Tc werden die Ohmschen Widerstände des Materials bis auf Null redu¬ ziert . Ribbon-shaped high-temperature superconductors, as known, for example, from US Pat. No. 7,109,151B2, are used for the loss-free transmission of currents. They are used, inter alia, in cables, in magnetic coils, in transformers, in current limiters or in electrical machines. When cooling of the superconducting material below a critical temperature T c is the ohmic resistance of the material to zero redu ¬ sheet.
Als Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Materialien werden z.B. supraleitende Metalloxidverbindungen verwendet, welche hohe Sprungtemperaturen Tc von über 77 K aufweisen. Dies ermöglicht den kostengünstigen Einsatz von Flüssig-Stickstoff (LN2) -Kühltechnik zur Abkühlung der Materialien unterhalb der Sprungtemperatur Tc. Verwendete Metalloxidverbindungen sind z.B. Cuprate auf Basis spezieller Stoffsysteme wie das vom Typ (RE) -M-Cu-O, wobei die Komponenten RE wenigstens ein Sel¬ tenes Erdmetall (einschließlich Y) und die Komponente M we- nigstens ein Erdalkalimetall enthalten. Hauptvertreter dieses Typs ist das Material YBa2Cu30x, sogenanntes „YBCO" .
YBCO ist eine Keramik, welche poröse, spröde Eigenschaften aufweist. Um aus YBCO Bandleiter herzustellen, welche eine gewisse Biegsamkeit ohne Zerstörung der Keramik aufzuweisen, müssen diese als dünne Schicht auf einem Träger aufgebracht werden. Als Träger dienen in der Regel Metallbänder, wie z.B. Stahlband oder Bändern aus Nickelverbindungen, auf welche das YBCO-Material als dünne Schicht abgeschieden wird. As high-temperature superconductor (HTS) materials, for example superconducting metal oxide compounds are used which have high transition temperatures T c of over 77 K. This allows the cost-effective use of liquid nitrogen (LN 2 ) cooling technology to cool the materials below the transition temperature T c . Metal oxide compounds used are, for example cuprates based on special material systems, such as the type (RE) -M-Cu-O, wherein the components at least one RE Sel ¬ tenes earth metal (including Y) and the component M is at least one alkaline earth metal contained. The main representative of this type is the material YBa 2 Cu30 x , so-called "YBCO". YBCO is a ceramic that has porous, brittle properties. In order to make strip conductors from YBCO which have a certain flexibility without destroying the ceramic, they must be applied as a thin layer on a support. As support are usually metal bands, such as steel strip or bands of nickel compounds, on which the YBCO material is deposited as a thin layer.
Für Leiteranwendungen wird das HTS-Material im Allgemeinen nicht unmittelbar auf einem metallischen Trägerband abgeschieden; sondern dieses Trägerband wird zunächst mit mindes¬ tens einer dünnen Zwischenschicht, die auch als Pufferschicht bzw. „Buffer"-Schicht bezeichnet wird, abgedeckt. Diese Zwi¬ schenschicht, mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 1 ym, soll das Eindiffundieren von Metallatomen aus dem Trägermaterial in das HTS-Material verhindern, um eine damit verbundene Verschlechterung der supraleitenden Eigenschaften zu vermeiden. Zugleich kann mit einer solchen, als Diffusionsbarriere dienenden Zwischenschicht die Oberfläche ge¬ glättet und die Haftung des HTS-Materials verbessert werden. Ein epitaktisches Aufwachsen des HTS-Materials auf das metal¬ lische Trägerband wird durch die Zwischenschicht in vielen Fällen erst ermöglicht. Entsprechende Zwischenschichten be¬ stehen insbesondere aus Oxiden von Metallen wie von Zirkon, Cer, Yttrium, Strontium oder Magnesium oder von Legierungen mit diesen Metallen, und sind somit in der Regel elektrisch isolierend . For conductor applications, the HTS material is generally not deposited directly on a metallic carrier tape; but this carrier tape is covered first with Minim ¬ least a thin intermediate layer, which is also referred to as a buffer layer or "buffer" layer. This interim rule layer ¬, having a thickness in the order of about 1 ym, to the diffusion of metal atoms At the same time, the surface can be smoothed out and the adhesion of the HTS material can be improved with such an intermediate layer serving as a diffusion barrier HTS material to the metal ¬ metallic carrier tape is made possible through the intermediate layer in many cases. Appropriate interlayers be ¬ are especially of oxides of metals such as zirconium, cerium, yttrium, strontium or magnesium or alloys with these metals, and are therefore usually electrically insulating.
Neben der Eigenschaft als Diffusionsbarriere und Haftvermitt¬ ler dienen die Zwischenschichten zum texturierten Wachstum des HTS-Materials. Sie weisen einen thermischen Ausdehnungs¬ koeffizienten auf, welcher mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des HTS-Materials zumindest annähernd überein¬ stimmt, um so unerwünschte mechanische Spannungen bei den für Anwendungen der Supraleitungstechnik und der Schichtpräparation unerlässlichen Temperaturzyklen und gegebenenfalls dadurch bedingt Schädigungen wie Abplatzen zu vermeiden.
Ähnliche Anforderungen sind auch an die Auswahl des Systems „Träger-Zwischenschicht" zu stellen. Auch hier sind gute Hafteigenschaften anzustreben, wobei zugleich die gewünschte Texturierung der Zwischenschicht nicht beeinträchtigt werden darf. Schichten müssen rissfrei und diffusionsdicht auf den Metallbändern abgeschieden werden, um hohe kritische Stromdichten Jc in den bandförmigen Leitern zu erreichen. In addition to the property as a diffusion barrier and Haftvermitt ¬ ler the intermediate layers serve to textured growth of the HTS material. They have a thermal expansion ¬ coefficient which ¬ agrees with the thermal expansion coefficient of the HTS material at least approximately correspond to possibly giving relatively to avoid undesirable mechanical stresses on all indispensable for applications of superconductivity technology and the layer preparation temperature cycles and damage such as flaking. Similar requirements are also to be selected for the system "carrier intermediate layer." Here, too, good adhesion properties are to be striven for, whereby at the same time the desired texturing of the intermediate layer must not be adversely affected To achieve current densities J c in the band-shaped conductors.
Trotz der Zwischenschichten weisen die HTS-Schichten in der Regel Inhomogenitäten auf, welche lokal zu einem Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften der Materialien bei hohen Stromdichten oder bei hohen Magnetfeldern führen können. Gerade bei der Herstellung sehr langer Bänder lassen sich Inhomogenitäten in den HTS-Schichten nicht verhindern. Diese beeinträchtigen die Leitungseigenschaften der bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter im Einsatz sehr stark und können im Extremfall zu ihrer Zerstörung führen. Um dies zu verhindern, werden die Hochtemperatur-Supraleiter mit einer Kupfer- oder Edelmetallschicht auf der HTS-Schicht versehen, welche lokale Inhomogenitäten elektrisch überbrücken kann.Despite the intermediate layers, the HTS layers usually have inhomogeneities, which can locally lead to a collapse of the superconducting properties of the materials at high current densities or at high magnetic fields. Especially in the production of very long bands inhomogeneities in the HTS layers can not be prevented. These impair the line properties of the strip-shaped high-temperature superconductors in use very strong and can lead to their destruction in extreme cases. To prevent this, the high-temperature superconductors are provided with a copper or noble metal layer on the HTS layer, which can electrically bridge local inhomogeneities.
Diese Kupfer- oder Edelmetallschicht, wie z.B. Silberschicht, wird als elektrische Stützschicht oder als Stabilisierungs¬ schicht bezeichnet. Sie dient sowohl zur elektrischen Über¬ brückung von Inhomogenitäten, als auch zur mechanischen Sta- bilisierung der Bandleiter. Die Kupfer- oder Edelmetallschicht ermöglicht weiterhin ein einfaches Kontaktieren der Leiter z.B. durch Löten und schützt die HTS-Schicht vor Zerstörung bei kurzzeitigem Überströmen I > Ic im Kurzschlussfall. This copper or noble metal layer, such as silver layer, is referred to as electrical support layer or as a stabilization ¬ layer. It is used both for electrical About ¬ bridging of discontinuities, as well as for mechanical stabilization of the strip conductors. The copper or noble metal layer further enables easy contact of the conductors, for example by soldering, and protects the HTS layer from destruction in the event of brief overcurrents I> I c in the event of a short circuit.
Ein typischer Wert für die Stromtragfähigkeit pro Einheitsge¬ wicht eines bandförmigen YBCO Hochtemperatur-Supraleiters mit Kupferschicht beträgt 57 Am/g bei einer Kupferschichtdicke von 40 ym, wobei diese Werte auch von der Qualität und Zusam- mensetzung des Kupfers abhängen können. Eine ausreichende elektrische Stabilisierung bei Anwendungen in z.B. Generatoren kann jedoch dickere Kupferschichten erfordern, z.B. Kupferschichten mit einer Dicke von größer 100 ym, wobei die
Stromtragfähigkeit pro Einheitsgewicht auf unter 40 Am/g fällt. Höhere Kupferschichtdicken führen weiterhin zu einer Erhöhung des Gewichtes und Volumenbedarfs des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters. Gewicht und Volumenbedarf sind in vielen Anwendungen, wie z.B. in Generatoren, begrenzt durch geometrische Faktoren und eine Erhöhung des Gewichts und des Volumenbedarfs der Leiter führt zu einer Verschlech¬ terung der Eigenschaften und des Wirkungsgrades von Maschinen . A typical value for the current carrying capacity per Einheitsge ¬ weight of a band-shaped YBCO high temperature superconductor with a copper layer is 57 Am / g at a copper layer thickness of 40 .mu.m, these values may also depend on the quality and composition of the copper. Sufficient electrical stabilization in applications in, for example, generators may, however, require thicker copper layers, eg copper layers with a thickness of greater than 100 ym, the Current carrying capacity per unit weight falls below 40 Am / g. Higher copper layer thicknesses further lead to an increase in the weight and volume requirement of the strip-shaped high-temperature superconductor. Weight and volume requirements in many applications, such as in generators, limited by geometric factors and an increase in the weight and volume requirements of the ladder leading to a Verschlech ¬ esterification of the properties and the efficiency of machines.
Um eine bessere Leitfähigkeit im normalleitenden Zustand zu erreichen und um bessere mechanische Eigenschaften des band¬ förmiger Hochtemperatur-Supraleiters zu erreichen, werden in der Regel weitere metallische Schichten auf der Vorder- und Rückseite aufgebracht. Technische Supraleiter vom Typ RE-123 sind entweder monolytisch durch einseitiges, galvanisches Ab¬ scheiden von Kupfer auf einem mit HTS-Material beschichteten Stahlband aufgebaut. Alternativ ist bekannt, auf beiden Sei¬ ten des mit HTS-Material beschichteten Stahlbands zwei Me¬ tallbänder aufzulaminieren . Dabei handelt es sich jeweils um Metallbänder aus gleichem Material, z.B. Stahl, Kupfer oder Messing, welche die gleiche Dicke aufweisen. In order to achieve a better conductivity in the normal conducting state and to achieve better mechanical properties of the band ¬ shaped high-temperature superconductor, more metallic layers are usually applied to the front and back. Technical superconductor type RE-123 are either monolithically by unilateral, galvanic From ¬ part of copper mounted on a coated steel strip HTS material. Alternatively, it is known to laminate on both Be ¬ th of the coated steel strip with HTS material, two Me ¬ tallbänder. These are each metal bands of the same material, for example steel, copper or brass, which have the same thickness.
Bei der Auswahl der Materialdicke ist man beschränkt durch die Eigenschaften der auflaminierten Metallbänder und durch die vom bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter in der Anwendung geforderten elektrischen und mechanischen Eigenschaften. So müssen die Bänder dick genug sein, um mechanisch stabil zu sein und um genügend Stromtragfähigkeit aufzuweisen für eine elektrische Überbrückung von Fehlstellen im HTS-Material und bei einem Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften. Bei einem Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften müssen die auflaminierten Metallbänder ausreichend dimensioniert sein, um unter Umständen den gesamten Strom tragen zu können und um eine Zerstörung des bandförmigen Hochtemperatur-Supra¬ leiters z.B. durch lokale Überhitzung und Schmelzen oder Abplatzen von Schichten zu verhindern. Zwischen- und Deckschichten auf dem Substratband können bei großen Stromstärken
nicht ausreichen, um im normalleitenden Zustand den Strom zu tragen . When selecting the material thickness, one is limited by the properties of the laminated metal strips and by the electrical and mechanical properties required by the strip-shaped high-temperature superconductors in the application. Thus, the tapes must be thick enough to be mechanically stable and to have sufficient current carrying capacity for electrical bridging of voids in the HTS material and collapse of the superconducting properties. When a breakdown of the superconducting properties of the laminated metal bands must be of sufficient size to carry the entire current under certain circumstances, and to the destruction of the band-shaped high-temperature superconductivity ¬ conductor to prevent, for example, due to local overheating and melting or flaking of layers. Intermediate and outer layers on the substrate tape can be used at high currents not sufficient to carry the current in the normal conducting state.
Eine Optimierung der bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter erfolgt in der Regel nach den benötigten elektrisch oder den benötigten mechanischen Eigenschaften. So werden z.B. stark mechanisch belastete bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter mit Stahlbändern gleicher Dicke versehen, welche z.B. eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, aber eine schlechte elektrische Leitfähigkeit. Damit wird der Einsatz dieser bandförmigenAn optimization of the band-shaped high-temperature superconductors is usually carried out according to the required electrical or the required mechanical properties. Thus, e.g. highly mechanically loaded strip-shaped high-temperature superconductor provided with steel strips of the same thickness, which e.g. have a high tensile strength, but a poor electrical conductivity. This is the use of this band-shaped
Hochtemperatur-Supraleiter auf Anwendungen beschränkt, welche eine geringe Stromtragfähigkeit erfordern. Bandförmigen Hoch¬ temperatur-Supraleiter für Anwendungen mit hoher elektrischer Tragfähigkeit werden in der Regel z.B. mit Kupferbändern gleicher dicke Laminiert, womit sich eine eingeschränkte me¬ chanische Festigkeit z.B. gegenüber Zugkräften ergibt. Besse¬ re mechanische oder elektrische Eigenschaften sind nur durch Verwendung von zwei gleichen Metallbändern mit größerer Dicke möglich, womit sich die räumlichen Bedingungen in der Anwen- dung verschlechtern. So sind z.B. in MRT-Spulen dickere bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter mit erheblichen Verschlechterungen der Eigenschaften im MRT verbunden, wie z.B. geringeren Feldstärken am Patientenort und höheren Abwärme- mengen bei der Bestromung. High temperature superconductor limited to applications that require low current carrying capacity. Tape shaped high temperature superconductor ¬ for applications with high electrical load capacity are the same, as a rule, for example, with copper bands thick laminated, thus, for example, results in a limited me ¬ chanical resistance to tensile forces. Better mechanical or electrical properties are only possible by using two equal metal bands with a greater thickness, which worsens the spatial conditions in the application. For example, in MRI coils thicker strip-shaped high-temperature superconductors are associated with considerable deterioration of the properties on MRI, such as lower field strengths at the patient site and higher amounts of waste heat during energization.
Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters und des band¬ förmigen Hochtemperatur-Supraleiters ist es deshalb, eine op¬ timale mechanische Stabilität bei gleichzeitig optimaler elektrischer Stromtragfähigkeit für eine Anwendung zu errei¬ chen, insbesondere bei minimalem Gewicht und Dicke des band¬ förmigen Hochtemperatur-Supraleiters . Object of the method according to the invention for producing a band-shaped high-temperature superconductor and the ribbon ¬ shaped high-temperature superconductor is therefore an op ¬ timale mechanical stability at the same time, optimum electrical current carrying capacity for an application to Errei ¬ surfaces, in particular at a minimum weight and thickness of the band ¬ shaped high-temperature superconductor.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Her- Stellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst .
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supralei¬ ters und des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche untereinander und mit den Merkmalen der Unteransprüche sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters umfasst die Schritte Be¬ reitstellen wenigstens eines Leiterbandes, welches Hochtempe¬ ratur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und Auflaminieren wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Oberseite und wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Unterseite des Leiterbandes. Als wenigstens eine erste und als wenigstens eine zweite normalleitende Schicht werden erfindungsgemäß Schichten aus unterschiedlichen Materialien verwendet. The specified object is achieved with respect to the method for producing a strip-shaped high-temperature superconductor having the features of claim 1 and with respect to the strip-shaped high-temperature superconductor having the features of claim 7. Advantageous embodiments of the method according to the invention for producing a strip-shaped high-temperature Supralei ¬ age and the band-shaped high-temperature superconductor will be apparent from the respective associated dependent claims. The features of the independent claims may be combined with each other and with the features of the subclaims and features of the dependent claims. The inventive process for producing a band-shaped high-temperature superconductor comprising the steps of loading ¬ riding provide at least one conductor strip, which comprises high Tempe ¬ temperature superconductor (HTS) material and laminating at least a first electrically normally conductive layer on a top surface and at least a second electrically normally conductive layer on a bottom of the ladder band. As at least one first and at least one second normal-conducting layer layers of different materials are used according to the invention.
Durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien können zum Auflaminieren Materialien verwendet werden, welche für die jeweilige Aufgabe, elektrisches oder mechanisches Stabi¬ lisieren optimal sind. So kann die Dicke der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten normalleitenden Through the use of different materials may be used for laminating materials which are optimum for the particular task, electrical or mechanical stability ¬ taping. Thus, the thickness of the at least one first and the at least one second normal-conducting
Schicht unterschiedlich gewählt werden. Durch die unterschiedlichen Dicken der zwei normalleitenden Schichten können die mechanischen und elektrischen Eigenschaften nahezu beliebig eingestellt werden. Es können Dicken verwendet werden, welche für die Anwendung zu optimalen elektrischen und gleichzeitig zu optimalen mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters führen, wobei die Gesamtdicke minimal gehalten wird. Das Leiterband kann durch direktes oder indirektes Aufbringen von Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material hergestellt werden, insbesondere in Form einer Schicht auf der Oberseite eines Trägerbandes. Das Trägerband kann metallisch sein. Bei
einem indirekten Aufbringen kann eine Pufferschicht zwischen Trägerband und Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material verwendet werden, um z.B. ein epitaktisches Aufwachsen des HTS- Materials zu erreichen und eine verbesserte Haftung auf dem Trägermaterial. Ein metallisches Trägerband, insbesondere aus Stahl, weist eine ausreichende mechanische Stabilität auf, um bei der weiteren Verarbeitung wie z.B. Laminieren nicht beschädigt oder zerstört zu werden. Die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Oberseite des Leiterbandes ausgebildet werden als elektrischer Shunt. Die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Unterseite des Leiterban¬ des ausgebildet werden als mechanische Stabilisierung. Durch Ausbildung der wenigstens einen ersten elektrisch normalleitende Schicht auf der Oberseite des Leiterbandes kann ein gu¬ ter elektrischer Kontakt zur HTS-Schicht hergestellt werden. Für eine erste elektrisch normalleitende Schicht auf der Rückseite könnte z.B. eine elektrisch schlecht leitende Puf- ferschicht zwischen HTS-Material und Trägerschicht einen gu¬ ten elektrischen Kontakt zwischen der wenigstens einen ersten elektrisch normalleitenden Schicht und der HTS-Schicht verhindern . Als erste elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metall¬ schicht, insbesondere aus Kupfer oder Messing, aufgebracht werden. Als zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht, insbesondere aus Stahl aufgebracht wer¬ den. Kupfer weist sehr gute elektrische Eigenschaften auf und Stahl weist sehr gute mechanische Eigenschaften, d.h. eine gute mechanische Stabilität auf. Layer can be chosen differently. Due to the different thicknesses of the two normal conductive layers, the mechanical and electrical properties can be set almost arbitrarily. Thicknesses can be used which, for use, lead to optimum electrical and, at the same time, optimal mechanical properties of the strip-shaped high-temperature superconductor, the total thickness being kept to a minimum. The conductor band can be produced by direct or indirect application of high-temperature superconductor (HTS) material, in particular in the form of a layer on top of a carrier tape. The carrier tape can be metallic. at For indirect application, a buffer layer between carrier tape and high temperature superconductor (HTS) material may be used, for example, to achieve epitaxial growth of the HTS material and improved adhesion to the substrate. A metallic carrier strip, in particular made of steel, has sufficient mechanical stability so as not to be damaged or destroyed during further processing such as laminating. The at least one first electrically normal-conducting layer can be formed on the upper side of the conductor strip as an electrical shunt. The at least one second electrically normal conductive layer can be formed on the underside of the Leiterban ¬ des as mechanical stabilization. By forming the at least one first electrically normal conducting layer on the upper side of the conductor strip, a good electrical contact to the HTS layer can be produced. For a first electrically conductive normal layer on the back, for example, could be an electrically poorly conducting PUF ferschicht prevent gu ¬ th electrical contact between the at least one first electrically conductive layer and the normal HTS layer between HTS material and backing layer. As the first electrically normal conductive layer, a metal ¬ layer, in particular of copper or brass, are applied. As a second electrically normal conductive layer, a metal layer, in particular made of steel ¬ applied. Copper has very good electrical properties and steel has very good mechanical properties, ie a good mechanical stability.
Als erste elektrisch normalleitende Schicht kann aber auch eine Metallschicht aus Kupfer aufgebracht werden als zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht aus Messing aufgebracht werden. Messing weist im Vergleich zu Kupfer eine bessere mechanische Festigkeit auf.
Über die Auswahl der Dicke der wenigstens einen ersten normalleitenden Schicht können die elektrischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters im normalleiten¬ dem Zustand eingestellt werden. Über die Auswahl der Dicke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht können die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters eingestellt werden. As the first electrically normal conductive layer but also a metal layer of copper can be applied as a second electrically normal conductive layer, a metal layer of brass can be applied. Brass has better mechanical strength compared to copper. Through the selection of the thickness of the at least one first normal conducting layer, the electrical characteristics of the band-shaped high-temperature superconductor of the condition are set in normal conduct ¬ can. By selecting the thickness of the at least one second normal-conducting layer, the mechanical properties of the strip-shaped high-temperature superconductor can be adjusted.
Ein erfindungsgemäßer bandförmiger Hochtemperatur-Supra- leiter, insbesondere hergestellt nach dem zuvor beschriebenen Verfahren, weist wenigstens ein Leiterband auf, welches Hoch¬ temperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und weist we¬ nigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht auf einer Oberseite des Leiterbandes auf und wenigstens eine zweite elektrisch normalleitenden Schicht auf einer Unterseite des Leiterbandes. Die wenigstens eine erste und die we¬ nigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht sind aus unterschiedlichen Materialien. Das Leiterband kann Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfassen, insbesondere in Form einer Schicht, direkt oder indirekt auf der Oberseite eines Trägerbandes. Das Trägerband kann ein metallisches Trägerband sein. Die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Oberseite des Leiterbandes ausgebildet sein als elektrischer Shunt und die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht kann auf der Unterseite des Leiterban¬ des ausgebildet sein als mechanische Stabilisierung. An inventive band-shaped high-temperature superconductor, in particular produced according to the method described above, has at least one conductor strip on which high ¬ temperature superconductor (HTS) material comprises and includes we ¬ nigstens a first electrically normally conductive layer on an upper surface of the conductor strip on and at least a second electrically normal conductive layer on an underside of the conductor strip. The at least one first and second electrically we ¬ nigstens a normal conductive layer are made of different materials. The conductor strip may comprise high-temperature superconductor (HTS) material, in particular in the form of a layer, directly or indirectly on top of a carrier tape. The carrier tape may be a metallic carrier tape. The at least one first normally electrically conductive layer may be formed on the upper side of the conductor strip as an electrical shunt, and the at least one second electrically normal conducting layer may be formed on the lower side of the conductor frame as mechanical stabilization.
Die erste elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metall¬ schicht sein oder umfassen, insbesondere aus Kupfer oder Messing. Die zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Metallschicht sein oder umfassen, insbesondere aus Stahl. The first electrically conductive normal layer may be a metal layer or ¬ include, in particular of copper or brass. The second electrically normal-conducting layer may be or comprise a metal layer, in particular of steel.
Die erste elektrisch normalleitende Schicht kann aber auch eine Metallschicht aus Kupfer sein oder Kupfer umfassen und
die zweite elektrisch normalleitende Schicht kann eine Me¬ tallschicht aus Messing sein oder Messing umfassen. The first electrically normal conductive layer may also be a metal layer of copper or copper and include the second electrically conductive layer may be a normal Me ¬ tallschicht comprise brass or brass.
Die Gesamtdicke des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters kann im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm sein. Dabei handelt es sich um Dicken, welche gut in HTS-Anwendungen wie z.B. MRT, Strombegrenzern, Motoren oder Generatoren eingesetzt werden können, ohne räumlich zu Problemen zu führen. Die elektrischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters können im normalleitenden Zustand durch die Dicke der wenigstens einen ersten normalleitenden Schicht eingestellt werden, und die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters können durch die Di- cke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht eingestellt werden. The total thickness of the ribbon-shaped high-temperature superconductor may be in the range of 0.1 to 0.5 mm. These are thicknesses which work well in HTS applications such as e.g. MRT, current limiters, motors or generators can be used without spatially causing problems. The electrical properties of the strip-shaped high-temperature superconductor can be adjusted in the normal conducting state by the thickness of the at least one first normal-conducting layer, and the mechanical properties of the high-temperature strip-shaped superconductor can be adjusted by the thickness of the at least one second normal conducting layer.
Die mit dem bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiter verbundenen Vorteile sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf das Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters beschrieben wurden. The advantages associated with the ribbon-shaped high-temperature superconductor are analogous to the advantages previously described in relation to the method for producing a ribbon-shaped high-temperature superconductor.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Preferred embodiments of the invention with advantageous developments according to the features of the dependent claims are explained in more detail with reference to the figures, but without being limited thereto.
Es wird in den Figuren dargestellt: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Leiterbands 1 in Schrägansicht, und It is shown in the figures: FIG. 1 is a schematic sectional view of a conductor strip 1 in an oblique view, and
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters nach dem Stand der Technik in Schrägansicht, und
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen bandförmigen Hochtemperatur- Supraleiters in Schrägansicht. In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein Leiterband 1 in Schrägansicht gezeigte. Das Leiterband 1 umfasst ein Substrat 2 in Form eines bandförmigen Trägers mit einer darauf abgeschiede¬ nen HTS-Schicht 4. Das Substrat ist z.B. ein Stahlband. Die HTS-Schicht kann z.B. aus YBCO bestehen. Es sind aber auch andere, insbesondere die zuvor beschriebenen Materialien möglich. Zur Verbesserung der mechanischen Haftung und für ein epitaktisches Aufwachsen ist zwischen dem bandförmigen Träger 2 und der HTS-Schicht 4 in dem in Fig. 1 dargestelltem Ausführungsbeispiel eine Puffer-Schicht 3 angeordnet. Auf der HTS-Schicht 4 kann eine dünne Edelmetallschicht oder eine dünne Kupferschicht als Deckschicht 5 galvanisch abgeschieden sein. Diese dient als Bypass, d.h. der elektrischen Überbrü¬ ckung von Fehlstellen in der z.B. keramischen HTS-Schicht 4. In der Regel ist die Deckschicht 5 dünn ausgebildet, z.B. im Bereich weniger ym. Fig. 2 is a schematic sectional view of a band-shaped high-temperature superconductor according to the prior art in an oblique view, and Fig. 3 is a schematic sectional view of a strip-shaped high-temperature superconductor according to the invention in an oblique view. In Fig. 1 is a section through a conductor strip 1 shown in an oblique view. The conductor strip 1 comprises a substrate 2 in the form of a belt substrate having thereon abgeschiede ¬ NEN HTS layer 4. The substrate is for example a steel strip. The HTS layer may consist of eg YBCO. But there are also other, in particular the materials described above possible. To improve the mechanical adhesion and for an epitaxial growth, a buffer layer 3 is arranged between the band-shaped carrier 2 and the HTS layer 4 in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1. On the HTS layer 4, a thin noble metal layer or a thin copper layer may be galvanically deposited as a cover layer 5. This serves as a bypass, that is, the electric Überbrü ¬ ckung of voids in the example ceramic HTS layer 4. In general, the covering layer 5 is formed to be thin, for example in the range less ym.
Für Anwendungen mit großen Strömen ist die Deckschicht 5 nicht ausreichend, um im normalleitenden Zustand des Leiter¬ bandes 1 den gesamten Strom zu tragen. Die Puffer-Schicht 3 verhindert ohne zusätzliche Maßnahmen eine Stromleitung über das Trägerband 2. Somit sind für Anwendungen mit großen Strö¬ men Maßnahmen notwendig, um im normalleitenden Zustand des Leiterbandes 1 eine Stromtragfähigkeit des Leiterbandes 1 si¬ cherzustellen. Bei vielen Anwendungen wirken auf das Leiter- band 1 starke Kräfte, insbesondere Zugkräfte z.B. beim Wi¬ ckeln. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche mechanische Sta¬ bilisierung des Leiterbandes 1 notwendig sein. For applications with large currents, the cover layer 5 is not sufficient to carry in the normal conducting state of the conductor ¬ band 1 the entire stream. The buffer layer 3 prevents without additional measures a power line over the carrier tape 2. Thus, for applications with large Strö ¬ measures necessary to si ¬ cherzustellen a current carrying capacity of the conductor strip 1 in the normal conducting state of the conductor strip. In many applications, in particular tensile forces, for example, act on the wire tied one powerful forces, the Wi ¬ ckeln. For this purpose, an additional mechanical Sta ¬ stabilization of the conductor strip 1 may be necessary.
In Fig. 2 ist ein bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach dem Stand der Technik mit einer möglichen Maßnahme zur elektrischen und mechanischen Stabilisierung dargestellt. Der bandförmige Hochtemperatur-Supraleiter umfasst das zuvor beschriebene, in Fig. 1 dargestellte Leiterband 1. Auf das Lei-
terband 1 ist als Maßnahme zur Stabilisierung jeweils auf der flachen Ober- und Unterseite ein Metallband 6, 6' auflami¬ niert. Das Metallband 6, 6' kann z.B. aus Stahl, Kupfer oder Messing bestehen. Das Metallband 6 auf der Oberseite des Lei- terbands 1 weist das gleiche Material und die gleiche Dicke auf wie das Metallband 6' auf der Unterseite des Leiterbands 1. Das Metallband 6' auf der Oberseite in elektrischem Kon¬ takt zur HTS-Schicht 4 dient der elektrischen Stabilisierung und übernimmt im normalleitenden Zustand des Leiterbandes 1 im Wesentlichen die Stromleitung. Das Metallband 6 ist zusätzlich zur mechanischen Stabilisierung des Leiterbandes 1 vorgesehen. Die Wahl des Materials und der Dicke der Metall¬ bänder 6, 6' bestimmt die mechanische Stabilität und die Stromtragfähigkeit des bandförmigen Hochtemperatur-Supralei- ters und dessen Gesamtdicke. Eine Optimierung kann bei mini¬ maler Dicke entweder für eine große mechanische oder eine große elektrische Tragfähigkeit erfolgen. Eine gleichzeitige Optimierung für eine große mechanische und eine große elekt¬ rische Tragfähigkeit ist bei minimaler Dicke nicht möglich. In Fig. 2, a band-shaped high temperature superconductor is shown in the prior art with a possible measure for electrical and mechanical stabilization. The strip-shaped high-temperature superconductor comprises the previously described conductor strip 1 shown in FIG. Tape 1 is a measure of stabilization on the flat top and bottom of a metal strip 6, 6 'auflami ¬ ned. The metal strip 6, 6 'may for example consist of steel, copper or brass. The metal strip 6 on top of the fiber ribbon 1 has the same material and the same thickness as the metal strip 6 'on the underside of the ribbon fiber 1. The metal strip 6' on the top side in electrical Kon ¬ clock for HTS layer 4 serves the electrical stabilization and takes over in the normal conducting state of the conductor strip 1 substantially the power line. The metal strip 6 is provided in addition to the mechanical stabilization of the conductor strip 1. The choice of material and the thickness of the metal foil ¬ 6, 6 'determines the mechanical stability and the current carrying capacity of band-like high-temperature superconductors ters and its total thickness. An optimization can be done at mini ¬ cal thickness either for a large mechanical or a large electrical load capacity. A simultaneous optimization for a large mechanical and a large elekt ¬ imperious bearing capacity is not possible with minimum thickness.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter dargestellt. Dieser umfasst ebenfalls das zu¬ vor beschriebene, in Fig. 1 dargestellte Leiterband 1. Auf das Leiterband 1 ist auf der flachen Oberseite ein Band aus einem ersten Metall als eine erste elektrisch normalleitenden Schicht 8 auflaminiert . Auf der flachen Unterseite des Lei¬ terbandes 1 ist ein Band aus einem zweiten Metall als eine zweite elektrisch normalleitenden Schicht 7 auflaminiert . Das Material des Metallbandes 8 auf der Oberseite und das Materi- al des Metallbandes 7 auf der Unterseite des Leiterbands 1 sind unterschiedlich. Über die unterschiedliche Wahl der Dicken der Metallbänder 7, 8 auf der Oberseite und auf der Unterseite des Leiterbandes 1 können unabhängig voneinander die elektrischen und die mechanischen Eigenschaften des bandför- migen Hochtemperatur-Supraleiters jeweils eingestellt werden. FIG. 3 shows a band-shaped high-temperature superconductor according to the invention. This, the conductor strip to ¬ shown before described, in Fig. 1 1. On also includes the conductor strip 1 is located on the flat top of a band of a first metal as a first electrically conductive layer 8 laminated normal. On the flat bottom of the Lei ¬ terbandes 1, a band of a second metal is laminated as a second electrically conductive layer normal. 7 The material of the metal strip 8 on the upper side and the material of the metal strip 7 on the underside of the conductor strip 1 are different. By way of the different choice of the thicknesses of the metal strips 7, 8 on the upper side and on the underside of the conductor strip 1, the electrical and the mechanical properties of the high-temperature superconductor can be set independently of one another.
Das Material der normalleitenden Schicht 8 auf der Oberseite des Leiterbandes 1 kann ausgewählt werden rein nach seinen
elektrischen Eigenschaften. So wird bevorzugt ein Material mit geringem elektrischem Widerstand bei Zimmertemperatur ausgewählt, z.B. Kupfer. Die Dicke der normalleitenden The material of the normal-conducting layer 8 on the upper side of the conductor strip 1 can be selected purely according to its electrical properties. Thus, a material with low electrical resistance is preferably selected at room temperature, for example copper. The thickness of the normal-conducting
Schicht 8 wird gewählt nach der für die jeweilige Anwendung notwendigen Stromtragfähigkeit, d.h. der maximal möglichen Stromstärke bei normalleitendem Zustand des Leiterbandes 1 z.B. bei Zimmertemperatur. Layer 8 is chosen according to the current carrying capacity required for the particular application, i. the maximum possible current in the normal conducting state of the conductor strip 1 e.g. at room temperature.
Das Material der normalleitenden Schicht 7 auf der Unterseite des Leiterbandes 1 kann ausgewählt werden rein nach seinen mechanischen Eigenschaften. So wird bevorzugt ein Material mit hoher mechanischer Stabilität insbesondere bei Zugbelas¬ tung ausgewählt, z.B. Stahl. Dieses Material kann eine schle¬ chtere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als die Schicht 8. Die Dicke der normalleitenden Schicht 7 wird gewählt nach der für die jeweilige Anwendung notwendigen mechanischen Stabilität, d.h. der maximal möglichen mechanischen Belastung z.B. beim Wickeln oder Ziehen des bandförmigen Hochtemperatur- Supraleiters . The material of the normal conductive layer 7 on the underside of the conductor strip 1 can be selected purely according to its mechanical properties. Thus, a material with high mechanical stability, in particular at Zugbelas ¬ tung is preferably selected, for example, steel. This material may have a schle ¬ chtere electrical conductivity than the layer 8. The thickness of the normal conducting layer 7 is selected according to the necessary for the particular application mechanical stability, that is the maximum possible mechanical stress such as during the winding or pulling the band-shaped high-temperature superconductor.
Die Materialien und Dicken der Schichten 7 und 8 können derart gewählt und kombiniert werden, dass bei minimaler Gesamt¬ dicke des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters eine für die jeweilige Anwendung notwendige und/oder maximale mechani- sehe Gesamtstabilität und gleichzeitig eine für die jeweilige Anwendung notwendige und/oder maximale elektrische Stabili¬ sierung, d.h. Stromtragfähigkeit im normalleitendem Zustand des Leiterbandes 1 erhalten wird. Das zuvor beschrieben Aus¬ führungsbeispiel kann natürlich auch mit anderen Materialen mit den notwendigen Eigenschaften ausgeführt werden. DieThe materials and thicknesses of the layers 7 and 8 may be selected such, and combines that with minimal total ¬ thickness of the band-shaped high-temperature superconductor is a necessary for the respective application and / or maximum mechanical see overall stability and at the same time a necessary for the particular application and / or maximum electrical Stabili ¬ ie current carrying capacity in the normally conductive state of the conductor strip 1 is obtained tion. Of course, the exemplary embodiment described above can also be carried out with other materials having the necessary properties. The
Schichten 7 und 8 können gegebenenfalls auch vertauscht sein. Das Ausführungsbeispiel ist auch mit Ausführungsbeispielen aus dem Stand der Technik, insbesondere den zuvor beschriebe¬ nen Ausführungsbeispielen kombinierbar. Bei dem Verfahren können die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht 8 und die wenigstens eine zweite elektrisch normal¬ leitende Schicht 7 auf das Leiterband 1 gleichzeitig oder hintereinander, zeitlich aufeinander folgend, insbesondere in
Bandform auflaminiert werden. Es können auch als wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht 8 und als we¬ nigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht 7 Schichtstapel auflaminiert werden. Es ist auch möglich Schichtstapel durch nacheinander Auflaminieren von mehreren gleichen oder unterschiedlichen Bändern herzustellen.
Layers 7 and 8 can optionally also be reversed. The embodiment can also be combined with embodiments of the prior art, especially the above-described ¬ NEN embodiments. In the method, the at least one first normally electrically conductive layer 8 and the at least one second electrically normal ¬ conductive layer 7 on the conductor strip 1 at the same time or consecutively, in temporal succession, in particular Tape form be laminated. There may be one normal second electrically conductive layer 7 layer stack are laminated as at least a first electrically conductive layer 8, and normal as we ¬ nigstens. It is also possible to produce layer stacks by successively laminating several identical or different tapes.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters mit den Schritten: 1. A process for producing a ribbon-shaped high-temperature superconductor, comprising the steps of:
- Bereitstellen wenigstens eines Leiterbandes (1), welches Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material umfasst, und - Auflaminieren wenigstens einer ersten elektrisch normalleitenden Schicht (8) auf einer Oberseite und wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht (7) auf einer Unterseite des Leiterbandes (1), Providing at least one conductor strip (1) which comprises high-temperature superconductor (HTS) material, and laminating at least one first electrically normal conducting layer (8) on an upper side and at least one second electrically normal conducting layer (7) on an underside of the conductor strip ( 1),
dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine erste und als wenigstens eine zweite normalleitende Schicht (8, 7) Schichten aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden. characterized in that layers of different materials are used as at least one first and at least one second normal conducting layer (8, 7).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterband (1) hergestellt wird durch direktes oder indi¬ rektes Aufbringen von Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) Material, insbesondere in Form einer Schicht (4) auf der Obersei¬ te eines Trägerbandes (2), insbesondere auf einem metalli- sehen Trägerband (2) . 2. The method according to claim 1, characterized in that the conductor strip (1) is produced by direct or indi ¬ rect application of high temperature superconductor (HTS) material, in particular in the form of a layer (4) on the Obersei ¬ te a carrier tape ( 2), in particular on a metallic carrier tape see (2).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine erste elektrisch normalleitende Schicht (8) auf der Oberseite des Leiterbandes (1) ausgebildet wird als elektrischer Shunt und dass die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) auf der Unterseite des Leiterbandes (1) ausgebildet wird als mechanische Stabilisie¬ rung . 3. The method according to claim 2, characterized in that the at least one first electrically normal conductive layer (8) on the upper side of the conductor strip (1) is formed as an electrical shunt and that the at least one second electrically normal conductive layer (7) on the underside of Conductor strip (1) is formed as a mechanical stabilization ¬ tion.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht, insbesondere aus Kupfer oder Messing, aufgebracht wird, und/oder dass als zweite elekt¬ risch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht, insbe- sondere aus Stahl aufgebracht wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as the first electrically normal conductive layer (8) a metal layer, in particular of copper or brass, is applied, and / or that as a second elekt ¬ risch normalleitende layer (7) a metal layer, especially made of steel.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht aus Kupfer aufgebracht wird und dass als zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht aus Messing aufgebracht wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that as the first electrically normal conductive Layer (8) a metal layer of copper is applied and that as a second electrically normal conductive layer (7) a metal layer of brass is applied.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Auswahl der Dicke der wenigs¬ tens einen ersten normalleitenden Schicht (8) die elektrischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters im normalleitendem Zustand eingestellt werden 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the selection of the thickness of wenigs ¬ least a first normal-conducting layer (8), the electrical properties of the band-shaped high-temperature superconductor are set in normalleitendem state
und/oder dass über die Auswahl der Dicke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht (7) die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supraleiters einge¬ stellt werden. 7. Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6, mit we¬ nigstens einem Leiterband (1), welches Hochtemperatur-Supra¬ leiter (HTS) Material umfasst, und mit wenigstens einer ers¬ ten elektrisch normalleitenden Schicht (8) auf einer Obersei- te des Leiterbandes (1) und mit wenigstens einer zweiten elektrisch normalleitenden Schicht (7) auf einer Unterseite des Leiterbandes (1), dadurch gekennzeichnet, dass die we¬ nigstens eine erste und die wenigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht (8, and / or that on the selection of the thickness of the at least one second normally conducting layer (7), the mechanical properties of the band-shaped high-temperature superconductor is ¬ represents. 7. A strip-shaped high-temperature superconductor, in particular produced by a method of claims 1 to 6, with we ¬ least one conductor strip (1), which high-temperature Supra ¬ conductor (HTS) comprises material, and with at least one ers ¬ th electrically normal conductive layer (8) on a Obersei- te of the conductor strip (1) and at least one second electrically normally conductive layer (7) on a lower surface of the conductor strip (1), characterized in that we ¬ nigstens one first and the at least one second electrically normally conducting Layer (8,
7) aus unterschiedlichen Materia- lien sind. 7) are made of different materials.
8. Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterband (1) Hochtempera¬ tur-Supraleiter (HTS) Material, insbesondere in Form einer Schicht (4), direkt oder indirekt auf der Oberseite eines8. strip-shaped high-temperature superconductor according to claim 7, characterized in that the conductor strip (1) high temperature ¬ tur superconductor (HTS) material, in particular in the form of a layer (4), directly or indirectly on top of a
Trägerbandes (2), insbesondere auf einem metallischen Trägerband (2) umfasst. Carrier tape (2), in particular on a metallic carrier tape (2).
9. Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens erste elektrisch normalleitende Schicht (8) auf der Oberseite des Leiterbandes (1) ausgebildet ist als elektrischer Shunt und dass die we¬ nigstens eine zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) auf der Unterseite des Leiterbandes (1) ausgebildet ist als mechanische Stabilisierung. 9. strip-shaped high-temperature superconductor according to claim 8, characterized in that the at least first electrically normal conductive layer (8) on the upper side of the conductor strip (1) is formed as an electrical shunt and that the we ¬ least one second electrically normal conductive layer (7) on the underside of the conductor strip (1) is designed as a mechanical stabilization.
10. Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht ist oder umfasst, insbesondere aus Kupfer oder Messing, und/oder dass die zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht ist oder umfasst, insbesondere aus Stahl. 10. strip-shaped high-temperature superconductor according to one of claims 7 to 9, characterized in that the first electrically normal conductive layer (8) is or comprises a metal layer, in particular of copper or brass, and / or that the second electrically normal conductive layer (7) a metal layer is or comprises, in particular of steel.
11. Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch normalleitende Schicht (8) eine Metallschicht aus Kupfer ist oder Kupfer umfasst und dass die zweite elektrisch normalleitende Schicht (7) eine Metallschicht aus Messing ist oder Messing umfasst. 11. The strip-shaped high-temperature superconductor according to claim 7, wherein the first electrically normal conducting layer (8) is a metal layer made of copper or copper, and the second electrically normal conducting layer (7) is a metal layer made of brass or Brass includes.
12. Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamt dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm ist. 12. A strip-shaped high temperature superconductor according to any one of claims 7 to 11, characterized in that the total thickness is in the range of 0.1 to 0.5 mm.
13. Bandförmiger Hochtemperatur-Supraleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektri sehen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur-Supralei ters im normalleitenden Zustand durch die Dicke der wenigs¬ tens einen ersten normalleitenden Schicht (8) und dass die mechanischen Eigenschaften des bandförmigen Hochtemperatur- Supraleiters durch die Dicke der wenigstens einen zweiten normalleitenden Schicht (7) einstellbar sind. 13. strip-shaped high-temperature superconductor according to one of claims 7 to 12, characterized in that the electrical see properties of the band-shaped high-temperature Supralei age in normal conducting state by the thickness of wenigs ¬ least a first normal-conducting layer (8) and that the mechanical properties of the band-shaped high-temperature superconductor are adjustable by the thickness of the at least one second normal-conducting layer (7).
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