WO2003015187A2 - Supraleitendes material - Google Patents

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WO2003015187A2
WO2003015187A2 PCT/EP2002/008565 EP0208565W WO03015187A2 WO 2003015187 A2 WO2003015187 A2 WO 2003015187A2 EP 0208565 W EP0208565 W EP 0208565W WO 03015187 A2 WO03015187 A2 WO 03015187A2
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nickel
powder
cations
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Larissa Shlyk
Gudrun Stöver
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Solvay Infra Bad Hoenningen GmbH
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Solvay Barium Strontium GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • F16C32/0408—Passive magnetic bearings
    • F16C32/0436—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
    • F16C32/0438—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/80—Constructional details
    • H10N60/85—Superconducting active materials
    • H10N60/855—Ceramic superconductors
    • H10N60/857—Ceramic superconductors comprising copper oxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the invention relates to superconducting material based on cuprate, which contains lithium, magnesium and / or nickel ions.
  • the term “superconductive material based on cuprate material” refers to all those oxide ceramics which contain CuO, have superconducting properties at a sufficiently low temperature and can be processed further into semi-finished products under suitable conditions, e.g. B. for the formation of, in particular, melt-textured moldings, in layer form, applied to tapes or substrates, as wire, in "powder-in-tube -" form or as a target in coating processes.
  • Superconducting bodies e.g. B. melt-textured moldings can be used for example for cryomagnetic applications with higher external magnetic fields. For example, components in electric motors can be involved. Depending on the strength of the external magnetic field, it was observed that the larger the external magnetic field, the lower the critical current density. It is an object of the present invention to provide superconductive material based on cuprate material which can be processed further into shaped articles with an increased critical current density in the presence of external magnetic fields. This object is achieved by the cuprate-based material according to the invention.
  • the superconductive material based on cuprate material according to the invention is characterized by a content of lithium, magnesium and / or nickel cations. The lithium, magnesium or nickel is usually in the form of the oxide.
  • Material which contains 0.006 to 0.8% by weight of nickel and / or 0.002 or 0.2% by weight of magnesium and / or 0.006 to 0.06% by weight of lithium is preferred.
  • 0.1 to 0.4% by weight of nickel and / or 0.03 to 0.15% by weight of magnesium and / or 0.01 to 0.05% by weight of lithium are preferably contained.
  • the material according to the invention is preferably in particulate form, so that it can be further processed into semi-finished products or other bodies, preferably into melt-textured shaped bodies. It is preferably in powder form.
  • cuprate material is cuprate material of the rare earth, alkaline earth metal cuprate type, and cuprate material of the bismuth (lead) alkaline earth metal, copper oxide type. These materials are known per se; Well-suited materials have already been mentioned at the beginning.
  • Bismuth-strontium calcium cuprate with an atomic ratio of 2: 2: 1: 2 and 2: 2: 2: 3 can be used, with the latter being able to replace part of the bismuth with lead.
  • the bismuth strontium calcium cuprates with modifications in the stoichiometry of the aforementioned atomic ratios are of course also usable.
  • Superconducting cuprate material as a base is known per se.
  • Bi-containing cuprates are e.g. B. described in: EP-A 0 336 450, DE-OS 37 39 886, EP-A 0 330 214, EP-A 0 332 291 and EP-A 0 330 305.
  • RE stands for one or more of the elements Y (this element is preferred), La, Nd or other lanthanide metals, AE means barium, which can be partially replaced by Sr and / or Ca, M stands for Li, Mg or Ni and 0 , 0002 ⁇ x ⁇ 2-10 ⁇ 2 and -0.8 ⁇ ⁇ 0.2. Kn ⁇ 1, 5 and 2>m> 1, 5 also apply. Preferred is 0, 0005 ⁇ x ⁇ 0, 01. A part (up to 50 atom%) of the Li, Mg or Ni can be replaced by zinc.
  • AE is yttrium and AE is barium (i.e., yttrium-barium cuprate).
  • the powder according to the invention has a particle size distribution in which 90% of all particles have a diameter below 35 ⁇ m.
  • the YBa 2 Cu 3 ⁇ 7 _ x powder which preferably already contains the lithium, magnesium or nickel cations, can be converted into moldings in a manner known per se. It is usually pressed and shaped, ie it is compacted.
  • the powder can be produced in a manner known per se by mixing yttrium oxide, barium oxide, copper oxide, magnesium oxide, lithium oxide and / or nickel oxide or their precursors.
  • Yttrium is usually used in the form of Yttrium oxide, the copper in the form of the copper oxide and the barium in the form of the barium carbonate.
  • Magnesium oxide or lithium oxide can also be generated from decomposed carbonate in situ. The conversion of the raw materials (metal oxides or carbonates) into superconducting powder is known.
  • German Patent DE 42 16 545 Cl Such a method is disclosed in German Patent DE 42 16 545 Cl.
  • the material is heated up to a heating temperature of 950 ° C in a multi-stage temperature treatment and then cooled again.
  • Preferred melt-textured moldings can then be produced by mixing the powder according to the invention with the desired fluxpinning additive, optionally grinding the powder in order to achieve the desired particle size, and then subjecting it to a temperature treatment.
  • the powder material is expediently pressed uniaxially into green compacts. Then the melt texturing takes place.
  • Various types of bodies can be produced, for example shaped bodies, in particular by melt texturing.
  • International patent application WO 97/06567 discloses a yttrium barium cuprate mixture which is particularly suitable for the production of melt-processed high-temperature superconductors with high levitation force. It is important with this mixture that less than 0.6% by weight of free copper oxide which is not bound in the yttrium barium cuprate phase and less than 0.1% by weight of carbon are present.
  • additives are added which form "pinning" centers or promote their formation. These centers enable the critical current density in the superconductor to be increased.
  • additives which promote fluxpinning are Y 2 BaCu0 5 , Y 2 0 3 , Pt0 2 , Ag 2 0, Ce0 2 , Sn0 2 , Zr0 2 , BaCe0 3 and BaTi0 3 . These additives can be added in an amount of 0.1 to 50% by weight.
  • the yttrium barium cuprate powder is set at 100% by weight.
  • Platinum oxide for example, is expediently added in an amount of 0.5 to 5% by weight.
  • DE-OS 38 26 924 deposition from homogeneous solution
  • thick layers in tape form or wire form with an intermediate layer by calcining a precursor phase applied to the support EP-A 0 339 801
  • layer deposition by PVD Process EP-A 0 299 870
  • CVD process EP-A 0 388 754
  • wire in the form of a ceramic powder-filled metal tube wire in the form of a ceramic powder-filled metal tube (powder-in-tube technology)
  • DE-OS 37 31 266 DE-OS 37 31 266.
  • EP-A 0 375 134 discloses a glass ceramic molded body
  • EP-A 0 362 492 discloses a cast body that solidifies from the melt.
  • the superconducting bodies can be present in the "powder in tube”.
  • the material is in powder form within a metal tube (made of silver, for example). They are flexible, wire-like structures.
  • the shaped bodies which can be produced with the material according to the invention have as an advantage a substantially higher critical current density, which is constant over a large range, than bodies produced for comparison with corresponding cations if the bodies have an external one Magnetic field works. This is attributed to the Li, Mg and Ni cations.
  • the higher critical current density is already noticeable at low field strengths, for example in the range from 0 to 1 Tesla.
  • the bodies according to the invention have an approximately constant in the field strength of 0 to 5 Tesla, preferably 0.1 to 4 Tesla of the external magnetic field Current density at a very high level. The level of levitation is very high. In series tests, it has been found that a further advantage of the presence of the cations mentioned is that the properties of the individual samples are much less scattered (levitation force, remanence induction, current density).
  • the bodies Due to the increased constant critical current density in the presence of an external magnetic field, whether in the range from 0 to 5 Tesla or preferably from 0.1 to 4 Tesla, the bodies are very well suited for industrial use.
  • the material is generally suitable, for example, for the production of power supplies, current-conducting cables or for use with poles in electric motors.
  • Material of the 2-2-1-2 type is suitable, for example, for the production of short-circuit current limiters, high field magnets and power supplies.
  • Material of the 2-2-2-3 type is suitable, for example, for the production of power transmission cables, transformers, SMES (superconducting magnetic energy storage), windings for electric motors, generators, high field magnets, power supplies and short-circuit current limiters.
  • An advantage is, for example, that these components can be made more compact and have a higher efficiency than was previously possible.
  • Yttrium oxide, barium carbonate and copper oxide were used in quantities so that the atomic ratio of yttrium, Barium and copper was set to 1: 2: 3.
  • the foreign metal ions were added to the copper oxide starting material and thus introduced into the powder.
  • the starting products were homogenized and pressed. Then they were decarbonated in a heat treatment. For this purpose, they were slowly brought to a final temperature of 940 ° C., held at this temperature for several days and then gradually cooled.
  • the product obtained was then broken up and comminuted in a jet mill. It was then pressed again and again subjected to a temperature treatment in an oxygen stream. It was slowly heated to 940 ° C and held at this temperature for several hours. Then it was slowly allowed to cool to ambient temperature. It was broken, sieved and the sieved fine material was dry milled in a ball mill.
  • the dg 0% value (grain size distribution determined in the Cilas laser granulometer) was below 30 ⁇ m
  • CuO and lithium oxide were mixed in such an amount that the atomic ratio of Cu to Mg was about 9900: 100. This material was then processed as described in the general manufacturing instructions.
  • the powder produced contained 0.02% by weight of Li.
  • Example 1 was repeated, instead of lithium oxide, NiO was used.
  • the powder produced contained 0.4% by weight of Ni.
  • the material according to the invention was processed into moldings by melt texturing, as described in WO 97/06567. These showed an increased critical current density in the presence of an external magnetic field.
  • the Li-containing material achieved up to 5 T 30 kA / cm 2 in a field area.
  • the nickel-containing material was characterized by a critical current density that was higher by a factor of 2.5 (it was 30 kA / cm 2 ) than material which was produced without nickel. In the zero field, the nickel-containing material corresponded to the conventional material (40 kA / cm 2 ).

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Abstract

Oxidisches supraleitfähiges Material kann zu Körpern mit sehr hoher kritischer Stromdichte bei äusseren Magnetfeldern der Grösse bis zu 5 Tesla verarbeitet werden, wenn das Material sich durch einen Gehalt an Lithium-, Magnesium- oder Nickel-Kationen auszeichnet. Bevorzugte Materialien sind YB-CO-Material sowie Supraleitermaterial auf Bismutoxid-Basis ('2212'- bzw. '2223'-Typ-Supraleitermaterial).

Description

Supraleitendes Material
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf supraleitendes Material basierend auf Cuprat, des Lithium-, Magnesium- und/oder Nickelionen enthält.
Der Begriff "supraleitfähiges Material auf Basis von Cupratmaterial" bezeichnet in dieser Erfindung all jene oxidischen Keramiken, die CuO enthalten, bei ausreichend tiefer Temperatur supraleitende Eigenschaften aufweisen und unter geeigneten Bedingungen zu Halbzeug weiterverarbeitet werden können, z. B. zur Bildung von insbesondere schmelztexturier- ten Formkörpern, in Schichtform, auf Bändern oder Substraten aufgebracht, als Draht, in "powder-in-tube-"-Form oder als Target in Beschichtungsverfahren.
Supraleitende Körper, z. B. schmelztexturierte Formkörper, können beispielsweise für kryomagnetische Anwendungen bei höheren äußeren Magnetfeldern eingesetzt werden. Beispielsweise kann es sich um Bauteile in Elektromotoren handeln. In Abhängigkeit von der Stärke des äußeren Magnetfeldes wurde beobachtet, daß die kritische Stromdichte um so stärker abfällt, je größer das äußere Magnetfeld ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, supraleitfähiges Material auf Basis von Cupratmaterial anzugeben, das zu Formkörpern mit einer erhöhten kritischen Stromdichte bei Anwesenheit äußerer Magnetfelder weiterverarbeitet werden kann. Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Material auf Basis von Cuprat gelöst. Das erfindungsgemäße supraleitfähige Material auf Basis von Cupratmaterial ist gekennzeichnet durch einen Gehalt an Lithium-, Magnesium- und/oder Nickel-Kationen. Üblicherweise liegt das Lithium, Magnesium bzw. Nickel in Form des Oxids vor. Bevorzugt ist Material, welches 0,006 bis 0,8 Gew.-% Nickel und/oder 0,002 bzw. 0,2 Gew.-% Magnesium, und/oder 0,006 bis 0,06 Gew.-% Lithium enthält. Bevorzugt sind 0,1 bis 0,4 Gew.-% Nickel, und/oder 0,03 bis 0,15 Gew.-% Magnesium und/oder 0,01 bis 0,05 Gew.-% Lithium enthalten.
Das erfindungsgemäße Material liegt bevorzugt partikelförmig vor, so daß es zu Halbzeug oder anderen Körpern weitrverar- beitet werden kann, vorzugsweise zu schmelztexturierten Formkörpern. Es ist bevorzugt pulverförmig.
Generell weisen Körper auf Basis von Cupratmaterial mit dem erfindungsgemäßen Gehalt an Lithium-, Magnesium- und/oder Nickelgehalt die Vorteile der Erfindung auf. Bevorzugtes Cupratmaterial ist Cupratmaterial vom Seltenerdmetall- Erdalkalimetall-Cuprat-Typ, sowie Cupratmaterial des Bismut (Blei) -Erdalkalimetall-Kupferoxid-Typs . Diese Materialien sind an sich bekannt; gut geeignete Materialien wurden eingangs bereits genannt. Brauchbar ist Bismut-Strontium- Calcium-Cuprat mit einem Atomverhältnis von 2:2:1:2 und 2:2:2:3, wobei bei dem letzteren ein Teil des Bismuts durch Blei ersetzt werden kann. Auch die Wismut-Strontium-Calcium- Cuprate mit Abwandlungen in der Stöchiometrie der vorgenannten Atomverhältnisse sind natürlich brauchbar.
Supraleitendes Cupratmaterial als Basis ist an sich bekannt .
Beispielsweise gut brauchbar sind Seltenerdmetall- Erdalkalimetall-Cuprate, wie sie in der WO 88/05029 beschrieben werden, insbesondere YBa2Cu307_x ("YBCO"); Bismut (Blei) -Erdalkalimetall-Cuprate, wie Bismut-Strontium- Calcium-Cuprate und Bismut-Blei-Strontium-Calcium-Cuprate, insbesondere vom 2212-Typ (Bi:Sr:Ca:Cu = 2:2:1:2) und vom 2223-Typ (Bi:Sr:Ca:Cu = 2:2:2:3), wobei hier ein Teil des Bi durch Blei ersetzt sein kann. Bi-haltige Cuprate werden z. B. beschrieben in: EP-A 0 336 450, DE-OS 37 39 886, EP-A 0 330 214, EP-A 0 332 291 und EP-A 0 330 305.
Besonders bevorzugt ist Material, das die Formel aufweist
REnAEm(Cu1_xMx)307+Δ
worin RE für eines oder mehrere der Elemente Y (dieses Element ist bevorzugt) , La, Nd oder andere Lanthanidenmetalle steht, AE Barium bedeutet, das partiell durch Sr und/oder Ca ersetzt sein kann, M für Li, Mg oder Ni steht und 0,0002<x<2-10~2 sowie -0,8<Δ<0,2 ist. Weiterhin gilt Kn<l,5 und 2>m>l,5. Bevorzugt ist 0 , 0005<x<0, 01. Ein Teil (bis zu 50 Atom %) des Li, Mg bzw. Ni kann durch Zink ersetzt sein.
Besonders bevorzugt steht AE für Yttrium und AE für Barium (d. h., es handelt sich um Yttrium-Barium-Cuprat).
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das erfindungsgemäße Pulver eine Korngrößenverteilung aufweist, bei welchem 90 % aller Partikel einen Durchmesser unterhalb von 35 μm aufweisen.
Das vorzugsweise bereits die Lithium-, Magnesium- bzw. Nickel-Kationen enthaltende YBa2Cu3θ7_x- Pulver kann in an sich bekannter Weise in Formkörper umgewandelt werden. Dabei wird es üblicherweise verpreßt und geformt, d. h. , es erfährt eine kompaktierende Formgebung.
Das Pulver kann in an sich bekannter Weise durch Vermischen von Yttriumoxid, Bariumoxid, Kupferoxid, Magnesiumoxid, Lithiumoxid und/oder Nickeloxid oder deren Vorläufern erzeugt werden. Gewöhnlich verwendet man das Yttrium in Form des Yttriumoxids, das Kupfer in Form des Kupferoxids und das Barium in Form des Bariumcarbonats . Magnesiumoxid bzw. Lithiumoxid kann auch aus zersetztem Carbonat in situ erzeugt werden. Die Überführung der Rohmaterialien (Metalloxide oder Carbonate) in supraleitendes Pulver ist bekannt.
In der deutschen Patentschrift DE 42 16 545 Cl ist ein solches Verfahren offenbart. Das Material wird einer mehrstufigen Temperaturbehandlung bis auf eine Aufheiztemperatur von 950 °C erwärmt und dann wieder abgekühlt.
Bevorzugte schmelztexturierte Formkörper können dann hergestellt werden, indem man das erfindungsgemäße Pulver mit dem gewünschten Fluxpinning-Zusatz vermischt, das Pulver gegebenenfalls vermahlt, um die gewünschte Korngröße zu erreichen, und es dann einer Temperaturbehandlung unterzieht. Zweckmäßig wird hierzu das Pulvermaterial zu Grünlingen uniaxial gepreßt. Anschließend erfolgt die Schmelztexturierung.
Es lassen sich verschiedenartige Körper erzeugen, beispielsweise Formkörper, insbesondere durch Schmelztexturieren. Die internationale Patentanmeldung WO 97/06567 offenbart eine Yttriumbariumcuprat-Mischung, die sich besonders für die Herstellung schmelzprozessierter Hochtemperatursupraleiter mit hoher Levitationskraft eignet. Wichtig bei jener Mischung ist, daß weniger als 0,6 Gew.-% freies, nicht in der Yttriumbariumcuprat-Phase gebundenes Kupferoxid sowie weniger als 0,1 Gew.-% Kohlenstoff enthalten sind. Beim Schmelztexturier- verfahren werden Zusätze beigegeben, welche "Pinning" -Zentren bilden oder ihre Bildung fördern. Diese Zentren ermöglichen eine Erhöhung der kritischen Stromdichte im Supraleiter. Als "Fluxpinning" fördernde Zusätze sind beispielsweise Y2BaCu05, Y203, Pt02, Ag20, Ce02, Sn02 , Zr02 , BaCe03 und BaTi03. Diese Zusätze können in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-% zugesetzt werden. Dabei ist das Yttriumbariumcuprat-Pulver als 100 Gew.-% gesetzt. Platinoxid beispielsweise wird zweckmäßig in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% zugesetzt. Andere Körper sind beispielsweise Dünnschichten, siehe DE-OS 38 26 924 (Abscheidung aus homogener Lösung) , Dickschichten in Bandform oder Drahtform mit Zwischenschicht durch Calcinierung einer auf den Träger aufgebrachten Vorläufer-Phase (EP-A 0 339 801) , Schichtabscheidung durch PVD- Verfahren (EP-A 0 299 870), CVD-Verfahren (EP-A 0 388 754), Draht in Form einer keramikpulvergefüllten Metallröhre (powder-in-tube-Technik) , DE-OS 37 31 266.
Einen Glaskeramik-Formkörper offenbart die EP-A 0 375 134, einen aus der Schmelze erstarrten Gußkörper die EP-A 0 362 492.
Ihre Erzeugung ist möglich durch elektrophoretische Abscheidung, durch "dip coating", durch Flüssigphasenepitaxie, Sprühpyrolyse, Sputtern, Laserabiation, Metallverdampfung oder CVD-Verfahren. Einige besonders gut geeignete Methoden sind in den eingangs genannten Schriften erläutert. Eine andere Form, in welcher die supraleitfähigen Körper vorliegenden können, ist das "Pulver im Rohr" (powder-in-tube) . Hierbei liegt das Material in Pulverform innerhalb eines Metall- röhrchens (beispielsweise aus Silber) vor. Es handelt sich um flexible, drahtähnliche Gebilde.
Die Formkörper, die mit dem erfindungsgemäßen Material hergestellt werden können, besonders die durch Schmelztextu- rierung erzeugten, weisen als Vorteil eine wesentlich höhere und über einen großen Bereich konstante kritische Stromdichte auf als zum Vergleich hergestellte Körper an entsprechende Kationen, wenn auf die Körper ein äußeres Magnetfeld wirkt. Dies wird auf die Li-, Mg- bzw. Ni-Kationen zurückgeführt. Die höhere kritische Stromdichte macht sich bereits bei geringen Feldstärken, beispielsweise im Bereich von 0 bis 1 Tesla bemerkbar. Die erfindungsgemäßen Körper weisen im Bereich der Feldstärke von 0 bis 5 Tesla, vorzugsweise 0,1 bis 4 Tesla des äußeren Magnetfeldes eine annähernd konstante Stromdichte auf einem sehr hohen Niveau auf. Die Levita- tionskraft ist sehr hoch. Es hat sich bei Reihenversuchen herausgestellt, daß ein weiterer Vorteil der Anwesenheit der genannten Kationen in einer sehr viel geringeren Streuung in den Eigenschaften der einzelnen Proben liegt (Levitationskraft, RemanenzInduktion, Stromdichte) liegt.
Aufgrund der erhöhten konstanten kritischen Stromdichte bei Anwesenheit eines äußeren magnetischen Feldes, sei es im Bereich von 0 bis 5 Tesla oder vorzugsweise von 0,1 bis 4 Tesla, eignen sich die Körper sehr gut für die industrielle Anwendung. Das Material eignet sich beispielsweise generell für die Herstellung von Stromzuführungen, stromleitende Kabel oder zur Anwendung für Pole in Elektromotoren.
Material vom 2-2-1-2-Typ eignet sich beispielsweise für die Herstellung von Kurzschlußstrombegrenzern, Hochfeldmagneten und Stromzuführungen. Material vom 2-2-2-3-Typ eignet sich beispielsweise für die Herstellung von Stromtransportkabeln, Transformatoren, SMES (Supraleitende Magnetische Energie-Speicher) , Wicklungen für Elektromotoren, Generatoren, Hochfeldmagneten, Stromzuführungen und Kurzschlußstrombegrenzer. Ein Vorteil ist beispielsweise, daß diese Bauteile kompakter ausgeführt sein können und eine höhere Effizienz aufweisen, als dies bisher möglich war.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung anhand von YBCO-Material weiter erläutern, ohne sie in ihrem Umfang einzuschränken.
Allgemeine Herstellvorschrift für erfindungsgemäßes Material :
Herstellung des Pulvers:
Yttriumoxid, Bariumcarbonat und Kupferoxid wurden in Quantitäten eingesetzt, so daß das Atomverhältnis von Yttrium, Barium und Kupfer auf 1:2:3 eingestellt war. Die Fremdmetallionen wurden dem Kupferoxid-Ausgangsmaterial zugesetzt und so in das Pulver eingebracht. Die Ausgangsprodukte wurden homogenisiert und verpreßt. Dann wurden sie in einer Temperaturbehandlung dekarbonatisiert . Hierzu wurden sie langsam auf eine Endtemperatur von 940 °C gebracht, mehrere Tage bei dieser Temperatur gehalten und dann allmählich abgekühlt. Anschließend wurde das erhaltene Produkt gebrochen und in einer Strahlmühle zerkleinert. Es wurde anschließend erneut verpreßt und wiederum, im Sauerstoffstrom, einer Temperaturbehandlung unterworfen. Es wurde langsam auf 940 °C erhitzt und mehrere Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Anschließend ließ man es langsam auf Umgebungstemperatur erkalten. Es wurde gebrochen, abgesiebt und das abgesiebte Feinmaterial in einer Kugelmühle trockengemahlen. Der dg0%-Wert (Korngrößenverteilung bestimmt im Cilas-Laser-Granulometer) lag für alle Proben unterhalb von 30 μm.
Beispiel 1;
Material mit Lithium als Kation
Zunächst wurden CuO und Lithiumoxid in einer Menge vermischt, daß das Atomverhältnis von Cu zu Mg etwa 9900:100 betrug. Dieses Material wurde dann wie in der allgemeinen Herstellvorschrift beschrieben weiterverarbeitet. Das hergestellte Pulver enthielt 0,02 Gew.-% Li .
Beispiel 2 ;
Material mit Ni als Kation
Beispiel 1 wurde wiederholt, anstelle von Lithiumoxid wurde NiO eingesetzt. Das hergestellte Pulver enthielt 0,4 Gew.-% Ni. Das erfindungsgemäße Material wurde durch Schmeltexturieren, wie in der WO 97/06567 beschrieben, zu Formkörpern verarbeitet. Diese wiesen eine erhöhte kritische Stromdichte auf, bei Anwesenheit eines äußeren Magnetfeldes.
Dabei wurde mit dem Li-haltigen Material in einem Feldbereich bis zu 5 T 30 kA/cm2 erreicht.
Das nickelhaltige Material zeichnete sich in äußeren Magnetfeldern zwischen 0 , 5 T und 4 T durch eine um den Faktor 2 , 5 höhere kritische Stromdichte aus (sie betrug 30 kA/cm2) , als Material, das ohne Nickel hergestellt worden war. Im Nullfeld entsprach das nickelhaltige Material dem herkömmlichen Material (40 kA/cm2) .

Claims

Patentansprüche
1. Supraleitfähiges Material auf Basis von Cuprat-Material, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Lithium-Kationen, Magnesium-Kationen und/oder Nickelkationen.
2. Supraleitfähiges Material nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Cuprat-Material Seltenerdmetall- Bariumcuprat-Material oder Bismut (Blei) -Erdalkalimetall- Kupferoxid-Material ist.
3. Supraleitfähiges Material nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß es pulverförmig vorliegt.
4. Pulverförmiges Material nach Anspruch 3 , gekennzeichnet durch eine Korngrößenverteilung, bestimmt nach dem CILAS- Laser-Granulometer, von dgo % unterhalb von 35 μm.
5. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,006 bis 0,8 Gew.-% Nickel, 0,002 bis 0,2 Gew.-% Mg und/oder 0,0006 bis 0,06 Gew.-% Li enthält.
6. Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,1 bis 0,4 Gew.-% Ni, 0,03 bis 0,15 Gew.-% Mg und/oder 0,01 bis 0,05 Gew.-% Li enthält.
7. Verwendung von Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, für die Herstellung supraleitender Kabel, Kurzschlußstrombegrenzer, Transformatoren, Generatoren, SMES, Schwungmassen-Energiespeicher oder supraleitende Magnetlager.
PCT/EP2002/008565 2001-08-08 2002-08-01 Supraleitendes material Ceased WO2003015187A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10137969A DE10137969A1 (de) 2001-08-08 2001-08-08 Supraleitendes Material
DE10137969.2 2001-08-08

Publications (2)

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