DE10049663A1 - Precursor material used in the production of an oxide superconductor contains a bismuth-containing phase as the main component and copper oxide - Google Patents
Precursor material used in the production of an oxide superconductor contains a bismuth-containing phase as the main component and copper oxideInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Precursormaterial zur Herstellung eines oxidischen Supraleiters, dessen supraleitende Eigen schaften im wesentlichen durch eine wismuthaltige 2223-Phase bestimmt werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Precursormaterials und ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters mit einem solchen Precursormaterial.The invention relates to a precursor material for production of an oxide superconductor, the superconducting property essentially through a bismuth-containing 2223 phase be determined, as well as a method for producing a such precursor material and a method for manufacturing of a superconductor with such a precursor material.
Solche Supraleiter gehören zu den sogenannten Hoch-TC- Supraleitermaterialien und weisen Cuprate auf Basis des Wis mut-Stoffsystems Bi-Sr-Ca-Cu-O, wobei einzelne Komponenten dieses Stoffsystems zumindest teilweise durch andere ersetzt sein können. Insbesondere ist eine entsprechende, teilweise Substitution der Bi-Komponente durch Pb möglich. Bei einer 2223-Phase befinden sich innerhalb einer kristallinen Ein heitszelle 3 Kupfer-Sauerstoff-Netzebenen. Diese Phase ist besonders stabil, wenn Bi durch Pb teilweise substituiert wird. Die 2223-Phase weist eine Sprungtemperatur von etwa 110 K auf.Such superconductors belong to the so-called high-T C superconductor materials and have cuprates based on the Wis mut material system Bi-Sr-Ca-Cu-O, whereby individual components of this material system can be at least partially replaced by others. In particular, a corresponding, partial substitution of the Bi component by Pb is possible. In a 2223 phase there are 3 copper-oxygen network levels within a crystalline unit cell. This phase is particularly stable when Bi is partially substituted by Pb. The 2223 phase has a transition temperature of approximately 110 K.
Die Supraleiter werden in der Regel in Form von Bändern oder Drähten, die jeweils ein oder mehrere Filamente aufweisen, erzeugt. Ein hierfür als geeignet angesehenes Verfahren ist die sogenannte "Pulver-in-Rohr-Technik", entsprechend der ein Vorprodukt (ein sogenanntes Precursormaterial) in einen rohr förmigen Träger bzw. in eine Matrix aus normal leitendem Ma terial, insbesondere aus Silber oder einer Silberlegierung eingebracht wird. Das Precursormaterial kann in Form von Pul ver oder eines gepreßten Körpers, beispielsweise eines Sta bes, vorliegen. The superconductors are usually in the form of ribbons or Wires, each with one or more filaments, generated. One method considered suitable for this is the so-called "powder-in-tube technique", corresponding to the one Pre-product (a so-called precursor material) in a tube shaped carrier or in a matrix of normal conductive Ma material, in particular made of silver or a silver alloy is introduced. The precursor material can be in the form of pul ver or a pressed body, such as a sta bes, available.
Im allgemeinen enthält das Precursormaterial als Hauptbe standteil die Bi-2212-Phase. Die 2212-Phase unterscheidet sich von der 2223-Phase im wesentlichen dadurch, daß sich in ihrer kristallinen Einheitszelle statt 3 nur 2 Kupfer- Sauerstoff-Netzebenen befinden. Die Sprungtemperatur der 2212-Phase beträgt etwa 85 Kelvin. Das Precursormaterial um faßt in der Regel ferner Erdalkali-Kuprate sowie in geringe ren Mengen Erdalkali-Plumbate (insbesondere CaPbO4 und die 3321-Phase) und CuO. Oft enthält das Precursormaterial weite re Nebenphasen, unter denen beispielsweise eine 2201-Phase sowie Erdalkali-Oxide fallen.In general, the precursor material contains the Bi-2212 phase as the main component. The 2212 phase differs from the 2223 phase essentially in that instead of 3 there are only 2 copper-oxygen network levels in its crystalline unit cell. The jump temperature of the 2212 phase is about 85 Kelvin. The precursor material generally also includes alkaline earth cuprates and in small amounts alkaline earth plumbates (in particular CaPbO 4 and the 3321 phase) and CuO. The precursor material often contains further secondary phases, including, for example, a 2201 phase and alkaline earth metal oxides.
Der durch das Einfüllen des Precursormaterials in den Träger oder in die Matrix erhaltene Aufbau wird anschließend mittels Verformungsschritten, die gegebenenfalls durch mindestens ei nen Wärmebehandlungsschritt unterbrochen sein können, kompak tiert und auf eine gewünschte Dimension gebracht. Danach wird das so erhaltene draht- oder bandförmige Leiterzwischenpro dukt zur Einstellung oder Optimierung der supraleitenden Ei genschaften bzw. zur Ausbildung der gewünschten 2223-Phase einer Abschlußglühung unterzogen, die wenigstens teilweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, zum Beispiel an Luft, durchgeführt wird. Diese Glühbehandlung kann auch in mehreren Schritten bzw. bei mehreren Temperaturen durchgeführt werden, wobei auch weitere Verformungsbehandlungen zur Ausbildung der endgültigen Dimension des Supraleiters zwischengeschaltet sein können.That by filling the precursor material into the carrier or structure obtained in the matrix is then by means of Deformation steps, which may be by at least one egg NEN heat treatment step can be interrupted, compact animals and brought to a desired dimension. After that the wire or ribbon-shaped intermediate conductor thus obtained product for adjusting or optimizing the superconducting egg properties or to develop the desired 2223 phase subjected to a final annealing, which is at least partially in an oxygen-containing atmosphere, for example in air, is carried out. This annealing treatment can also be done in several Steps or at several temperatures, with further deformation treatments to form the final dimension of the superconductor interposed could be.
Bündelt man in an sich bekannter Weise mehrere, entsprechende band- oder drahtförmige Supraleiter oder deren Leiterzwi schen- oder -vorprodukte, so kann man auch Leiter mit mehre ren supraleitenden Leiterkernen, sogenannte Mehrkern- oder Multifilamentleiter erhalten.If one bundles several corresponding ones in a manner known per se ribbon or wire superconductors or their conductors human or intermediate products, so you can also conductors with more ren superconducting conductor cores, so-called multi-core or Receive multifilament conductor.
Während der Erzeugung der 2223-Phase diffundiert ein Teil des Kupfers des Precursors in den normal leitenden Träger bzw. in die Matrix, so daß ein Kupfer-Unterschuß entstehen kann, der elektrische Eigenschaften des Supraleiters, z. B. die kriti sche Stromdichte, negativ beeinflussen kann.Part of the diffuses during the generation of the 2223 phase Copper of the precursor in the normal conductive carrier or in the matrix so that a copper deficit can arise that electrical properties of the superconductor, e.g. B. the critique cal current density, can affect negatively.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Precursormate rial anzugeben, mit dem ein oxidischer Supraleiter, dessen supraleitende Eigenschaften im wesentlichen durch eine wis muthaltige 2223-Phase bestimmt werden, hergestellt werden kann, der im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte e lektrische Eigenschaften aufweist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Precursormaterials sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters aus einem sol chen Precursormaterial angegeben werden.The invention has for its object a precursor rial with which an oxide superconductor whose superconducting properties essentially through a wis mutant 2223 phase can be determined can, the improved compared to the prior art e has electrical properties. A procedure is also intended for the production of such a precursor material and a Process for producing a superconductor from a sol Chen precursor material can be specified.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Precursormaterial mit einer wismuthaltigen 2212-Phase als Hauptbestandteil und mit einem Anteil an Cu2O, der zwischen 0,1 und 20 Gewichtsprozent be trägt.The object is achieved by a precursor material with a bismuth-containing 2212 phase as the main component and with a proportion of Cu 2 O which is between 0.1 and 20 percent by weight.
Statt CuO beinhaltet also das Precursormaterial Cu2O bezie hungsweise eine Kombination von CuO und Cu2O. Es hat sich ge zeigt, daß ein solches Precursormaterial eine deutlich erhöh te Reaktivität aufweist. Mit diesem Precursormaterial kann also ein Supraleiter mit der 2223-Phase wesentlich schneller erzeugt werden, so daß in sehr kurzer Zeit Kupfer bzw. CaCu- Ebenen in die 2212-Phase eingebaut werden. Dadurch steht dem Kupfer weniger Zeit zur Verfügung, in den Träger bzw. in die Matrix zu diffundieren, so daß die Gefahr eines Kupferunter schusses verringert wird. Folglich weist ein mit einem sol chen Precursormaterial hergestellter Supraleiter verbesserte, elektrische Eigenschaften auf.Instead of CuO, the precursor material contains Cu 2 O or a combination of CuO and Cu 2 O. It has been shown that such a precursor material has a significantly increased reactivity. With this precursor material, a superconductor with the 2223 phase can thus be produced much faster, so that copper or CaCu levels can be built into the 2212 phase in a very short time. As a result, the copper has less time available to diffuse into the carrier or into the matrix, so that the risk of a copper deficit is reduced. Consequently, a superconductor made with such a precursor material has improved electrical properties.
Ein weiterer Vorteil des Precursormaterials besteht darin, daß aufgrund seines niedrigen Gesamtsauerstoffgehaltes eine deutlich geringere Blasenbildung im Supraleiter stattfindet. Es hat sich auch gezeigt, daß bei Erzeugung von supraleiten den Bändern durch Flachwalzprozesse eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Textur der 2212-Phase und der 2223-Phase erzielt werden kann, wenn das erfindungsgemäße Precursormaterial verwendet wird. Korngefüge, Textur und Dichte des Supraleiters werden verbessert und führen zu einer hohen, kritischen Stromdichte, die vorzugsweise mehr als 30 kA/cm2 beträgt.Another advantage of the precursor material is that due to its low total oxygen content, there is significantly less bubble formation in the superconductor. It has also been shown that when superconducting the strips is produced by flat rolling processes, an improved texture of the 2212 phase and the 2223 phase compared to the prior art can be achieved if the precursor material according to the invention is used. The grain structure, texture and density of the superconductor are improved and lead to a high, critical current density, which is preferably more than 30 kA / cm 2 .
Der Anteil der 2212-Phase im Precursormaterial beträgt vor zugsweise mehr als 50 Gew.-%.The proportion of the 2212 phase in the precursor material is before preferably more than 50% by weight.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Her stellung eines Precursormaterials, bei dem ein Ausgangspro dukt im wesentlichen die Elemente Bi, Pb, Sr, Ca und Cu bein haltet, wobei das Verhältnis (Bi, Pb) : (Sr, Ca) : Cu 0,5 - 1,2 : 1,0 - 1,8 : 1 beträgt. Das Ausgangsmaterial kann aus Verbin dungen, wie Oxiden und Nitraten, zusammengesetzt sein, die die obengenannten Elemente aufweisen.The object is further achieved by a method for manufacturing provision of a precursor material in which an output pro essentially produces the elements Bi, Pb, Sr, Ca and Cu bein holds, the ratio (Bi, Pb): (Sr, Ca): Cu 0.5 - 1.2: 1.0 - 1.8: 1. The starting material can be made from Verbin such as oxides and nitrates, which have the above elements.
Das Verfahren wird so geführt, daß das erzeugte Precursorma terial zwischen 0,1 und 20 Gew.-% Cu2O enthält. Dies kann über Steuerung der Kalzinierungsbedingungen erfolgen.The process is carried out so that the Precursorma material contains between 0.1 and 20 wt .-% Cu 2 O. This can be done by controlling the calcining conditions.
Beispielsweise kann Cu2O aus CuO erzeugt werden. Beim Erhit zen an Luft zersetzt sich CuO bei ca. 1026°C zu Cu2O und Sauerstoff. Bei verringertem Sauerstoffpartialdruck ist die Entstehungstemperatur von Cu2O entsprechend geringer. Bei ei ner Wärmebehandlung des Ausgangsprodukts zur Erzeugung des Precursormaterials können also die Temperaturen und die Zu sammensetzung der Atmosphäre, der das Ausgangsprodukt während der Wärmebehandlung ausgesetzt wird, derart aufeinander abge stimmt werden, daß Cu2O entsteht. Bei der Wahl der Kalzinie rungsbedingungen ist zu berücksichtigen, daß Cu2O nicht nur aus CuO sondern auch aus anderen Verbindungen entstehen kann.For example, Cu 2 O can be generated from CuO. When heated in air, CuO decomposes to Cu 2 O and oxygen at approx. 1026 ° C. With a reduced oxygen partial pressure, the temperature at which Cu 2 O is formed is correspondingly lower. In egg ner heat treatment of the starting product to produce the precursor material, the temperatures and the composition of the atmosphere to which the starting product is exposed during the heat treatment can be coordinated with one another in such a way that Cu 2 O is formed. When choosing the calcining conditions it must be taken into account that Cu 2 O can not only be formed from CuO but also from other compounds.
Wird das Precursormaterial durch eine Wärmebehandlung des Ausgangsmaterials in Luft erzeugt, so liegen die Temperaturen vorzugsweise oberhalb von 900°C. Vorzugsweise liegen die Tem peraturen zwischen 900°C und 1300°C. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung durch ein möglichst zügiges Abkühlen beendet, um eine Zersetzung von Cu2O zu vermeiden.If the precursor material is generated by a heat treatment of the starting material in air, the temperatures are preferably above 900 ° C. The temperatures are preferably between 900 ° C and 1300 ° C. The heat treatment is preferably ended by cooling as quickly as possible in order to avoid decomposition of Cu 2 O.
Das in der Figur gezeigte Phasendiagramm kann als Richtlinie dafür dienen, bei welchem Sauerstoffpartialdruck welche Tem peraturen eingesetzt werden können, damit das Precursormate rial Cu2O aufweist. Beispielsweise erfolgt die Wärmebehand lung bei einem Sauerstoffpartialdruck von unter 1% und bei Temperaturen über 450°C, bevorzugt über 650°C.The phase diagram shown in the figure can serve as a guideline for which oxygen partial pressure at which temperatures can be used, so that the precursor material has Cu 2 O. For example, the heat treatment is carried out at an oxygen partial pressure of less than 1% and at temperatures above 450 ° C., preferably above 650 ° C.
Alternativ kann die Wärmebehandlung in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgen, wodurch Cu2O ebenfalls bei vergleichs weise niedrigen Temperaturen erzeugt wird.Alternatively, the heat treatment can take place in a reducing atmosphere, whereby Cu 2 O is also produced at comparatively low temperatures.
Beispielsweise erfolgt die Wärmebehandlung in einer Stick stoffatmosphäre oder Edelgasatmosphäre, die zwischen 0,01 und 5% Wasserstoff aufweist, und bei Temperaturen zwischen 100 und 700°C. Andere reduzierende Atmosphären enthalten bei spielsweise CO oder NH3.For example, the heat treatment takes place in a nitrogen atmosphere or inert gas atmosphere, which has between 0.01 and 5% hydrogen, and at temperatures between 100 and 700 ° C. Other reducing atmospheres contain, for example, CO or NH 3 .
Zur weiteren Erhöhung des Anteils an Cu2O im Precursormateri al kann nach der Wärmebehandlung eine weitere Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die weitere Wärmebehandlung wird bei spielsweise in einer Stickstoffatmosphäre, die zwischen 0,01 und 10% Kohlenmonoxid aufweist, und bei Temperaturen zwischen 200 und 800°C durchgeführt.To further increase the proportion of Cu 2 O in the precursor material, a further heat treatment can be carried out after the heat treatment. The further heat treatment is carried out, for example, in a nitrogen atmosphere which has between 0.01 and 10% carbon monoxide and at temperatures between 200 and 800 ° C.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Her stellung eines oxidischen Supraleiters, dessen supraleitende Eigenschaften im wesentlichen durch eine wismuthaltige 2223- Phase bestimmt werden, bei dem als Ausgangsmaterial ein Pre cursormaterial mit einer wismuthaltigen 2212-Phase als Haupt bestandteil und mit einem Anteil an Cu2O, der zwischen 0,1 und 20 Gewichtsprozent beträgt, verwendet wird.The object is further achieved by a method for the manufacture of an oxide superconductor, the superconducting properties of which are essentially determined by a bismuth-containing 2223 phase, in which a precursor material with a bismuth-containing 2212 phase as the main component and with a portion of the starting material Cu 2 O, which is between 0.1 and 20 percent by weight, is used.
Da das Precursormaterial aufgrund des Anteils an Cu2O einen geringen Sauerstoffgehalt aufweist, kann der gesamte, durch das Precursormaterial abgegebene Sauerstoff in die 2223-Phase eingebaut werden, so daß bei der Bildung der 2223-Phase keine Blasen aufgrund von überschüssigem Sauerstoff entstehen. Es kann sogar erforderlich sein, zur Bildung der 2223-Phase zu sätzlichen Sauerstoff aus der Atmosphäre, in der das Verfah ren durchgeführt wird, bereitzustellen.Since the precursor material has a low oxygen content due to the proportion of Cu 2 O, all of the oxygen released by the precursor material can be incorporated into the 2223 phase, so that no bubbles are formed due to excess oxygen when the 2223 phase is formed. It may even be necessary to provide additional oxygen from the atmosphere in which the process is carried out to form the 2223 phase.
Bei der Durchführung des Verfahrens in einer sauerstoffhalti gen Atmosphäre ist darauf zu achten, daß sich die entstehende 2223-Phase nicht zersetzt. Die Zersetzungstemperatur ist vom Sauerstoffpartialdruck abhängig. Geeignete Temperatur- und Druckbereiche sind beispielsweise in DE 198 27 928, DE 198 15 140 und in der älteren, deutschen Anmeldung mit dem Anmeldeakten zeichen 198 60 074.7 beschrieben.When performing the process in an oxygen-containing care must be taken to ensure that the resulting 2223 phase not decomposed. The decomposition temperature is from Oxygen partial pressure dependent. Suitable temperature and Pressure ranges are, for example, in DE 198 27 928, DE 198 15 140 and in the older, German registration with the registration file characters 198 60 074.7.
Der Sauerstoffpartialdruck kann an den sich während des Ver fahrens ändernden Sauerstoffgehalt des Precursormaterials an gepaßt werden, um Blasenbildung zu vermeiden.The oxygen partial pressure can change during the ver changing oxygen content of the precursor material be fitted to avoid blistering.
Vorzugsweise beginnt die Wärmebehandlung mit einem niedrigen Sauerstoffpartialdruck. Der Sauerstoffanteil der Atmosphäre liegt beispielsweise zwischen 0,1 und 8 Prozent. Während der Wärmebehandlung kann der Partialdruck erhöht werden. Bei der Abkühlung wird der Sauerstoffpartialdruck vorzugsweise wieder erniedrigt. Auf eine Senkung des Partialdrucks beim Abkühlen nach der letzen Glühung kann verzichtet werden.Preferably the heat treatment starts with a low one Oxygen partial pressure. The percentage of oxygen in the atmosphere is between 0.1 and 8 percent, for example. During the The partial pressure can be increased by heat treatment. In the The oxygen partial pressure is preferably cooled again decreased. A reduction in the partial pressure when cooling after the last annealing you can do without.
Vorzugsweise ist die Aufheizgeschwindigkeit hoch, um eine un erwünschte, frühzeitige Zersetzung des Cu2O zu verhindern. Beispielsweise beträgt die Aufheizgeschwindigkeit mehr als 20 K/h.The heating rate is preferably high in order to prevent undesirable, premature decomposition of the Cu 2 O. For example, the heating rate is more than 20 K / h.
Der Supraleiter kann erzeugt werden, indem das Precursormate rial in herkömmlicher Weise in einen Träger oder in eine Mat rix eingefüllt wird und anschließend durch Wärmebehandlungen, Strangpressen, Ziehen, Hämmern, Bündeln von Filamenten und/oder Flachwalzen mit progressiver Stichfolge bearbeitet wird.The superconductor can be created by using the precursor rial in a conventional manner in a carrier or in a mat rix is filled in and then through heat treatments, Extrusion, drawing, hammering, bundling of filaments and / or flat rolls processed with a progressive sequence becomes.
Das Precursormaterial kann beim Einfüllen in den Träger bzw. in die Matrix als Pulver oder als gepreßte Stäbe vorliegen.The precursor material can be filled into the carrier or are present in the matrix as powder or as pressed rods.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Erzeugung von Precursor material gemäß dem Stand der Technik beschrieben:The following is a method for producing precursor Material described according to the state of the art:
Über eine Kofällung mit anschließender Sprühtrocknung und Zersetzung
wird ein Mischoxidpulver hergestellt. Dieses Mischoxidpulver
wird nachfolgend in einem waagerechten Rohrofen bei 780°C un
ter einer Stickstoffatmosphäre mit 1000 ppm Sauerstoff für 10 h
nachgetempert. Eine Röntgenfluoreszenzanalyse ergibt, daß das
so erhaltene Precursormaterial folgende Zusammensetzung be
sitzt:
A mixed oxide powder is produced by co-precipitation with subsequent spray drying and decomposition. This mixed oxide powder is subsequently annealed in a horizontal tube furnace at 780 ° C under a nitrogen atmosphere with 1000 ppm oxygen for 10 h. An X-ray fluorescence analysis shows that the precursor material thus obtained has the following composition:
Bi: 34,7 Gew.-%,
Pb: 6,4 Gew.-%,
Sr: 7,1 Gew.-%,
Ca: 15,9 Gew.-%,
Cu: 18,4 Gew.-%.
Bi: 34.7% by weight,
Pb: 6.4% by weight,
Sr: 7.1% by weight,
Ca: 15.9% by weight,
Cu: 18.4% by weight.
Der Phasengehalt des Precursormaterials (mit SdT bezeichnet) gemäß Rieveldanalyse von Röntgenpulverdaten ist in der Tabelle dargestellt.The phase content of the precursor material (with SdT) according to Rieveld analysis of X-ray powder data is shown in the table.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below explained.
In einem ersten Ausführungsbeispiel werden ein erstes und ein zweites Precursormaterial hergestellt.In a first embodiment, a first and a second precursor material produced.
Ausgangsmaterial ist eine physikalische Mischung aus Einzel
oxidpulvern mit folgenden Einwaagen:
The starting material is a physical mixture of single oxide powders with the following weights:
792,9 g Bi2O3,
135,3 g PbO,
417,4 g SrO,
224,5 g CaO,
477,2 g CuO.792.9 g Bi 2 O 3 ,
135.3 g PbO,
417.4 g SrO,
224.5 g CaO,
477.2 g CuO.
Das Ausgangsmaterial wird bei Temperaturen um 1050°C inner halb 1 Stunde in Platintiegeln unter Luft aufgeschmolzen und abschließend in kalte Kupferformen vergossen. Die Erstar rung erfolgt dabei innerhalb von 3 Sekunden. Die erkalteten Schmelzbarren werden zerkleinert und in einer Luftstrahlmühle aufgemahlen. Ein Teil des so erhaltenen Pulvers wird in einer isostatischen Presse (Dry-Bag-Verfahren) zu Stäben mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 100 mm gepreßt. The starting material is internal at temperatures around 1050 ° C melted in air for half an hour in platinum crucibles and finally cast in cold copper molds. The freezer This takes place within 3 seconds. The cooled Melt ingots are crushed and in an air jet mill ground up. Part of the powder thus obtained is in a isostatic press (dry bag process) to bars with one Diameter of 12 mm and a length of 100 mm pressed.
100 g Pulver und 3 Stäbe werden bei 730°C 30 Stunden in ei ner Stickstoffatmosphäre mit 300 ppm Sauerstoff in einem Rohrofen getempert. Daraus ergeben sich ein erstes Precursor material, bestehend aus 100 g Pulver und ein zweites Precursor material, bestehend aus 3 Stäben. Der Phasengehalt der bei den Precursormaterialien (mit P1 und P2 bezeichnet) gemäß Rieveldanalyse von Röntgenpulverdaten ist in der Tabelle dar gestellt.100 g powder and 3 sticks are in egg at 30 ° C for 30 hours ner nitrogen atmosphere with 300 ppm oxygen in one Tube furnace annealed. This results in a first precursor material consisting of 100 g powder and a second precursor material consisting of 3 rods. The phase content of the according to the precursor materials (labeled P1 and P2) Rieveld analysis of X-ray powder data is shown in the table posed.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel werden ein drittes Pre cursormaterial und ein viertes Precursormaterial erzeugt.In a second embodiment, a third pre cursor material and a fourth precursor material generated.
Über eine Kofällung mit anschließender Sprühtrocknung und
Zersetzung wird, wie zum Beispiel in US 5 238 914 beschrie
ben, als Ausgangsmaterial ein Mischoxidpulver hergestellt.
Das so erhaltene Mischoxidpulver besitzt folgende Zusammen
setzung:
About a co-precipitation with subsequent spray drying and decomposition, as described, for example, in US Pat. No. 5,238,914, produces a mixed oxide powder as the starting material. The mixed oxide powder thus obtained has the following composition:
Bi: 34,8 Gewichtsprozent,
Pb: 6,4 Gewichtsprozent,
Sr: 7,2 Gewichtsprozent,
Ca: 16,0 Gewichtsprozent,
Cu: 18,1 Gewichtsprozent.Bi: 34.8 percent by weight,
Pb: 6.4 percent by weight,
Sr: 7.2 percent by weight,
Ca: 16.0 percent by weight,
Cu: 18.1 percent by weight.
Ein Teil des so erhaltenen Pulvers wird in einer isostati schen Presse zu Stäben mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 100 mm gepreßt. 100 g und 3 Stäbe werden bei 800°C 30 Stunden lang in einer Argonatmosphäre mit 50 ppm Sauerstoff in einem Rohrofen getempert. Dadurch wird das dritte Precursormaterial in Form von Pulver und das vierte Precursormaterial in Form von Stäben erzeugt. Der Phasenge halt des dritten Precursormaterials und der des vierten Pre cursormaterials (mit P3 und P4 bezeichnet) sind in der Tabel le dargestellt.Part of the powder thus obtained is in an isostati press to bars with a diameter of 12 mm and pressed to a length of 100 mm. 100 g and 3 sticks are included 800 ° C for 30 hours in an argon atmosphere at 50 ppm Oxygen annealed in a tube furnace. This will make it third precursor material in the form of powder and the fourth Precursor material generated in the form of rods. The phase ge stop of the third precursor material and that of the fourth pre cursormaterials (labeled P3 and P4) are in the table le shown.
In einem dritten Ausführungsbeispiel werden als Ausgangsmate rialien das dritte Precursormaterial und das vierte Precur sormaterial wie im zweiten Ausführungsbeispiel hergestellt. Anschließend werden das dritte Precursormaterial (50 g Pulver) und das vierte Precursormaterial (2 Stäbe) bei 150°C 10 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre mit 1 Prozent Wasserstoff, in einem Rohrofen nachgetempert. Dabei wird ein fünf tes Precursormaterial in Form von Pulver und ein sechstes Precursormaterial in Form von Stäben erzeugt. Der Phasenge halt dieser Precursormaterialien (mit P5 und P6 bezeichnet) sind ebenfalls in der Tabelle dargestellt.In a third embodiment are used as the starting material rialien the third precursor material and the fourth Precur Sormaterial as in the second embodiment. Then the third precursor material (50 g powder) and the fourth precursor material (2 rods) at 150 ° C 10 hours in a nitrogen atmosphere with 1 percent hydrogen, post-annealed in a tube furnace. Doing a five precursor material in the form of powder and a sixth Precursor material generated in the form of rods. The phase ge stop these precursor materials (labeled P5 and P6) are also shown in the table.
In einem vierten Ausführungsbeispiel werden zwei Ausgangsma terialien dargestellt, die dem fünften Precursormaterial und dem sechsten Precursormaterial aus dem dritten Ausführungs beispiel entsprechen. Die 50 g Pulver und die 2 Stäbe wer den bei einer weiteren Wärmebehandlung bei 350°C 10 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre mit 5 Prozent Kohlenmonoxid in einem Rohrofen nachgetempert. Dadurch werden ein siebtes Pre cursormaterial in Form von Pulver und ein achtes Precursorma terial in Form von Stäben erzeugt. Der Phasengehalt dieser beiden Precursormaterialien (mit P7 und P8 bezeichnet) ist in der Tabelle dargestellt.In a fourth embodiment, two output measures shown materials, the fifth precursor material and the sixth precursor material from the third embodiment example. The 50 g powder and the 2 sticks who in a further heat treatment at 350 ° C for 10 hours in a nitrogen atmosphere with 5 percent carbon monoxide in post-annealed. This will make a seventh pre cursor material in the form of powder and an eighth precursorma produced in the form of rods. The phase content of this two precursor materials (labeled P7 and P8) is in shown in the table.
In einem fünften Ausführungsbeispiel ist als Ausgangsmaterial ein Precursormaterial vorgesehen, das etwa 1,5 Gewichtspro zent Cu2O und mehr als 70 Gewichtsprozent 2212-Phase auf weist. Das Precursormaterial liegt als Stab mit einem Durchmesser von ca. 12 mm vor. Der Stab wird in ein Silberrohr mit einem Außendurchmesser von ca. 16 mm gefüllt. Nach Evaku ierung wird das gefüllte Silberrohr zur Erzeugung von Einzel filamenten mit einem Durchmesser von ca. 1,3 mm durch Hämmern und Ziehen kalt umgeformt. Anschließend werden 55 solcher Einzelfilamente in ein Silberlegierungsrohr, das aus AgMg be steht, gebündelt. Das gefüllte Silberlegierungsrohr wird nach Evakuierung und Umformung zum Draht mit einem Durchmesser von ca. 1,4 mm zum Bandleiter flachgewalzt.In a fifth exemplary embodiment, a precursor material is provided as the starting material, which has about 1.5 percent by weight Cu 2 O and more than 70 percent by weight 2212 phase. The precursor material is available as a rod with a diameter of approx. 12 mm. The rod is filled into a silver tube with an outside diameter of approx. 16 mm. After evacuation, the filled silver tube is cold-formed by hammering and drawing to produce single filaments with a diameter of approx. 1.3 mm. Then 55 such individual filaments are bundled in a silver alloy tube made of AgMg. The filled silver alloy tube is flat-rolled after evacuation and forming into a wire with a diameter of approx. 1.4 mm to the strip conductor.
Nach der Walzung wird eine erste Reaktionsglühung des Band leiters bei 825°C 10 Stunden lang in einer Atmosphäre, die zu 8 Prozent aus O2 besteht, durchgeführt. Zur Erzeugung einer Textur wird mit ca. 10 Prozent Dickenreduktion gewalzt. An schließend wird der Bandleiter erneut bei ca. 825°C 15 Stunden lang in einer Atmosphäre, die zu 8 Prozent aus O2 be steht, geglüht und nochmals mit ca. 10 Prozent Dickenredukti on zur Verbesserung der Textur gewalzt. Abschließend findet eine weitere Glühung in einem mehrstufigen Prozeß zwischen 830 und 790°C 105 Stunden lang in einer Atmosphäre, die zu 8 Prozent aus Sauerstoff besteht, statt. Die Stromdichte über den gesamten Bandleiter beträgt mehr als 6 kA/cm2.After the rolling, a first reaction annealing of the strip conductor is carried out at 825 ° C. for 10 hours in an atmosphere consisting of 8 percent O 2 . To produce a texture, rolling is carried out with a thickness reduction of approximately 10 percent. The strip conductor is then annealed again at approx. 825 ° C for 15 hours in an atmosphere consisting of 8 percent O 2 and rolled again with a thickness reduction of approx. 10 percent to improve the texture. Finally, another annealing takes place in a multi-stage process between 830 and 790 ° C for 105 hours in an atmosphere consisting of 8 percent oxygen. The current density over the entire strip conductor is more than 6 kA / cm 2 .
In einem sechsten Ausführungsbeispiel wird wie im fünften Ausführungsbeispiel ein bandförmiger Supraleiter, dessen sup raleitende Eigenschaften im wesentlichen durch eine wismut haltige 2223-Phase bestimmt wird, erzeugt. Bis einschließlich zum zweiten Texturwalzen entsprechen die Verfahrensschritte den Verfahrensschritten des fünften Ausführungsbeispiels. Der Bandleiter wird jedoch im Gegensatz zum fünften Ausführungs beispiel in der abschließenden Glühung nur 75 Stunden lang geglüht. Die Stromdichten dieses Bandleiters betragen eben falls über 6 kA/cm2.In a sixth exemplary embodiment, like in the fifth exemplary embodiment, a ribbon-shaped superconductor, the superconducting properties of which is essentially determined by a bismuth-containing 2223 phase, is produced. Up to and including the second texture rolling, the process steps correspond to the process steps of the fifth exemplary embodiment. In contrast to the fifth embodiment, however, the strip conductor is only annealed for 75 hours in the final annealing. The current densities of this strip conductor are also over 6 kA / cm 2 .
In einem siebten Ausführungsbeispiel wird ähnlich wie im sechsten Ausführungsbeispiel ein supraleitender Bandleiter erzeugt. Allerdings wird beim Aufheizen in den ersten Reakti onsglühungen und bei der abschließenden Glühung der Sauer stoffpartialdruck von anfänglich 0,1 mit zunehmender Tempera tur auf 8 Prozent erhöht. In der Abkühlphase der beiden Reak tionsglühungen und der abschließenden Glühung wird der Sauer stoffpartialdruck von 8 Prozent mit abnehmender Temperatur bis auf 1 Prozent erniedrigt. Der Sauerstoffpartialdruck ist der jeweiligen Temperatur so angepaßt, daß eine Zersetzung der 2223-Phase vermieden wird. Der dadurch erzeugte Bandlei ter weist ebenfalls Stromdichten von über 6 kA/cm2 auf. In a seventh exemplary embodiment, a superconducting band conductor is produced similarly to the sixth exemplary embodiment. However, when heating up in the first reaction annealing and during the final annealing, the oxygen partial pressure is increased from initially 0.1 to 8 percent with increasing temperature. In the cooling phase of the two reaction anneals and the final annealing, the oxygen partial pressure is reduced from 8 percent with decreasing temperature to 1 percent. The oxygen partial pressure is adapted to the respective temperature in such a way that decomposition of the 2223 phase is avoided. The resulting Bandlei ter also has current densities of over 6 kA / cm 2 .
Claims (10)
bei dem mindestens eine Wärmebehandlung durchgeführt wird,
bei dem bei jeder Wärmebehandlung der Sauerstoffpartial druck zwischen 0 und 20% beträgt,
bei dem die Wärmebehandlung durch mindestens einen mecha nischen Verformungsschritt unterbrochen wird, bei dem das Ausgangsmaterial gewalzt wird.10. The method according to claim 9,
in which at least one heat treatment is carried out,
where the oxygen partial pressure is between 0 and 20% with each heat treatment,
in which the heat treatment is interrupted by at least one mechanical deformation step in which the starting material is rolled.
Priority Applications (2)
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DE10049663A DE10049663A1 (en) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | Precursor material used in the production of an oxide superconductor contains a bismuth-containing phase as the main component and copper oxide |
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