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DE10163125A1 - Process for the production of textured superconducting thick layers and biaxial textured superconductor structures obtainable therewith - Google Patents

Process for the production of textured superconducting thick layers and biaxial textured superconductor structures obtainable therewith

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Publication number
DE10163125A1
DE10163125A1 DE10163125A DE10163125A DE10163125A1 DE 10163125 A1 DE10163125 A1 DE 10163125A1 DE 10163125 A DE10163125 A DE 10163125A DE 10163125 A DE10163125 A DE 10163125A DE 10163125 A1 DE10163125 A1 DE 10163125A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
superconducting
starting materials
thick layer
textured
materials
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10163125A
Other languages
German (de)
Inventor
Georg J Schmitz
E Sudhakar Reddy
Jaques G Noudem
Michael Tarka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nexans Industrial Solutions GmbH
Original Assignee
Nexans Superconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nexans Superconductors GmbH filed Critical Nexans Superconductors GmbH
Priority to DE10163125A priority Critical patent/DE10163125A1/en
Priority to PCT/IB2002/005527 priority patent/WO2003054977A2/en
Publication of DE10163125A1 publication Critical patent/DE10163125A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16Oxides
    • C30B29/22Complex oxides
    • C30B29/225Complex oxides based on rare earth copper oxides, e.g. high T-superconductors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/01Manufacture or treatment
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    • H10N60/0548Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by deposition and subsequent treatment, e.g. oxidation of pre-deposited material

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Abstract

The invention relates to a method for the production of textured superconducting thick films especially made of an oxidic superconducting material such as SE barium cuprates, whereby at least two starting materials are contactingly arranged next to each other in the form of the superconducting thick layer to be formed on a support material. The at least two starting materials consist of compositions which at least partially melt when subsequently subjected to heat treatment and which at least partially form a superconducting material. The at least two starting materials form a gradient with respect to at least one quality variable such as the concentration of a component. The device undergoes heat treatment involving at least partial melting of the starting materials and formation of a superconducting material from at least one part of the starting material. The device is then cooled isothermally with crystallization of the superconducting material and textured growth of the crystals occurs parallel to the direction of the gradient of the quality variable. The invention also refers to biaxially textured superconducting thick films and structures which can be obtained according to the inventive method.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen texturierter supraleitender Dickschichten, insbesondere von biaxial texturierten Dickschichten auf einem Trägermaterial und von für die praktische Anwendung geeigneten Strukturen aus diesen Dickschichten durch entsprechende geometrische Anordnung der Dickschichten auf dem Trägermaterial sowie auf biaxial texturierte Dickschichten und daraus gebildete Supraleiterstrukturen. The present invention relates to a method of manufacturing textured superconducting thick layers, especially biaxially textured Thick layers on a substrate and for practical use suitable structures from these thick layers by appropriate geometric arrangement of the thick layers on the carrier material as well as on biaxial textured thick layers and superconductor structures formed from them.

Damit supraleitende Schichten eine für die praktische Anwendung ausreichend hohe kritische Stromdichte aufweisen, müssen die Kristalle, die die supraleitende Phase bilden, eine möglichst gleichförmige Orientierung (Texturierung) aufweisen. Zudem sollten die Schichten einen ausreichend hohen absoluten kritischen Strom aufweisen, was eine ausreichende Dicke der Schicht erfordert. This makes superconducting layers sufficient for practical use have high critical current density, the crystals that make up the superconducting Form phase, orientation as uniform as possible (texturing) exhibit. In addition, the layers should have a sufficiently high absolute critical Have current, which requires a sufficient thickness of the layer.

Im Hinblick auf die erzielbare kritische Stromdichte sollte daher der Texturierungsgrad einer supraleitenden Schicht biaxial sein, das heißt eine möglichst gleichförmige Ausrichtung der Kristalle entlang der kristallographischen a- und b- Achsen besitzen, da in Schichten mit lediglich uniaxialer Texturierung entlang der kristallographischen c-Achse die kritische Stromdichte für praktische Anwendungen nur ungenügend ist. Allgemein beschreibt die Textur die mittlere Kristallorientierung. Ist diese statistisch, wird auch von einem untexturiertem Material gesprochen. With regard to the achievable critical current density, the The degree of texturing of a superconducting layer must be biaxial, that is to say one if possible uniform alignment of the crystals along the crystallographic a- and b- Have axes because in layers with only uniaxial texturing along the crystallographic c-axis the critical current density for practical Applications is insufficient. Generally the texture describes the middle one Crystal orientation. If this is statistical, it is also from an untextured Material spoken.

Aufgrund ihrer Abmessungen sind supraleitende Dickschichten, wie sie die vorliegende Erfindung betrifft, zwischen Dünnschichten mit Dicken von weniger als 1 µm und supraleitenden Massivmaterialien mit Abmessungen im Zentimeterbereich und mehr anzusiedeln. Because of their dimensions, superconducting thick layers are like those The present invention relates to between thin layers with thicknesses of less than 1 µm and superconducting solid materials with dimensions in Centimeter range and more to settle.

Für diese Materialklassen sind unterschiedliche Verfahren zur Erlangung einer Textur bekannt. So erfolgt die Texturierung in Massivmaterialien mittels Keimsetzung, Ausbildung eines konstitutionellen Gradienten, Einwirkung von externen Magnetfeldern oder Temperaturgradienten etc. There are different methods of obtaining one for these material classes Texture known. So the texturing takes place in solid materials Germination, formation of a constitutional gradient, influence of external Magnetic fields or temperature gradients etc.

Biaxial texturierte supraleitende Dünnschichten können mit einem für Anwendungen ausreichenden Texturierungsgrad und einer entsprechend hohen kritischen Stromdichte mittels Dünnschichtverfahren wie dem Ion Beam Assisted Deposition (IBAD) oder Rolling Assisted Biaxially Textured Substrates (RABiTS) erhalten werden. Von Nachteil ist hierbei, dass diese Verfahren aufwendig sind und zudem die erhaltenen Dünnschichten nur eine Länge von etwa einem Meter aufweisen. Auch ist die Dicke der Schichten auf weniger als 1 µm begrenzt. Biaxially textured superconducting thin films can be used with a Applications sufficient degree of texturing and a correspondingly high critical current density using thin-film processes such as Ion Beam Assisted Deposition (IBAD) or Rolling Assisted Biaxially Textured Substrates (RABiTS) be preserved. The disadvantage here is that these methods are complex and the thin layers obtained are only about one meter long exhibit. The thickness of the layers is also limited to less than 1 μm.

Darüber hinaus ist es bei diesen Verfahren für die Ausbildung der Texturierung erforderlich, spezifische Trägermaterialien einzusetzen, wobei die Eigenschaften des Trägermaterials, insbesondere dessen Textur, die Orientierung der in der Dünnschicht wachsenden Kristalle bewirken. In den hierbei erhaltenen Schichten besteht folglich eine Korrelation zwischen der Textur des Trägermaterials (Substrat) und der Textur der Schicht, wobei die Textur beziehungsweise Ausrichtung des Trägermaterials die Texturierung der Kristalle in der Schicht bewirkt und beeinflusst. In addition, it is in these processes for the formation of texturing required to use specific carrier materials, the properties of the carrier material, in particular its texture, the orientation of the Thin film growing crystals. In the layers obtained here there is consequently a correlation between the texture of the carrier material (Substrate) and the texture of the layer, the texture respectively Alignment of the substrate with the texturing of the crystals in the layer causes and influences.

So wurden beispielsweise einkristalline supraleitende Dünnschichten auf verschiedenen einkristallinen Trägermaterialien abgeschieden. For example, single-crystal superconducting thin films have been found deposited different single-crystalline carrier materials.

Die so erhaltenen Dünnschichten können dann erst nachträglich - zum Beispiel im Hinblick auf elektronische Anwendungen - zu den erforderlichen geometrischen Strukturen geformt werden. The thin layers obtained in this way can then only subsequently - for example with regard to electronic applications - to the required geometric structures are formed.

Im Hinblick auf Hochstrom - beziehungsweise energietechnische Anwendungen - leiden diese Dünnschichtverfahren jedoch an einer nur mangelhaften Produktivität, zu hohen Herstellungskosten und zu geringen Engineering-Stromdichte, die sich aus dem Strom durch den Supraleiter bezogen auf den Gesamtleiterquerschnitt (Supraleiter einschließlich Substratmaterial) ergibt. With regard to high current - or energy technology Applications - however, these thin-film processes suffer from an inadequate one Productivity, at high manufacturing costs and too low Engineering current density, which is based on the current through the superconductor Total conductor cross section (superconductor including substrate material) results.

Eine Übersicht über Materialien und Verfahren zur Herstellung von Dünnschichten sowie deren Anwendungen ist in J. L. MacManus-Driscoll "Recent Developments in conductor processing of high irreversibility field superconductors" Annu. Rev. Mater. Sci. 1998, 28: 421 bis 462 enthalten. An overview of materials and processes for the production of Thin films and their applications are described in J.L. MacManus-Driscoll "Recent Developments in conductor processing of high irreversibility field superconductors " Annu. Rev. Mater. Sci. 1998, 28: 421-462.

Texturierte supraleitende Dickschichten, zum Beispiel aus Seltenerdbariumcupraten mit der allgemeinen Zusammensetzung SEBa2Cu3O7-x, lassen sich mit unterschiedlichen für die Herstellung von Dickschichten bekannten Verfahren wie Siebdruck, Elektrophorese etc. erhalten. Auch hierbei wird die Textur der Supraleiterschicht aufgrund spezieller Eigenschaften des Trägermaterials erzielt. Zum Beispiel werden Trägermaterialien mit Walztextur oder mehrphasige Trägermaterialien verwendet. Eine Übersicht über Verfahren und Materialien zur insbesondere biaxialen Texturierung von supraleitenden Dickschichten findet sich in J. L. MacManus-Driscoll, Annu. Rev. Mater. Sci. 1998 (a. a. O.) und in N. McN Alford et al., "High temperature superconducting thick films", Supercond. Sci. Technol. 10 (1997), Seiten 169-185. Textured superconducting thick layers, for example made of rare earth barium cuprates with the general composition SEBa 2 Cu 3 O 7-x , can be obtained using various methods known for the production of thick layers, such as screen printing, electrophoresis etc. Here too, the texture of the superconductor layer is achieved on the basis of special properties of the carrier material. For example, base materials with roller texture or multi-phase base materials are used. An overview of methods and materials for, in particular, biaxial texturing of superconducting thick layers can be found in JL MacManus-Driscoll, Annu. Rev. Mater. Sci. 1998 (op. Cit.) And in N. McN Alford et al., "High temperature superconducting thick films", Supercond. Sci. Technol. 10 (1997), pages 169-185.

Weiter beschreibt MacManus-Driscoll J. L. et al in "In-plane aligned YBCO thick films grown in situ by high temperature ultrasonic spray pyrolysis" in Superconductor Science and Technology, 14: (2) 96 bis 102, Februar 2001 die Herstellung von biaxial texturierten Dickschichten aus YBa2Cu3O7-x mittels Ultraschallspraypyrolyse, wobei als Substrate einkristalline Oxidsubstrate oder einkristallines Silber sowie texturierte polykristalline Silberfolie mit verschiedenen Orientierungen eingesetzt wurden. Mit diesen Verfahren konnten Schichten mit einer Dicke von bis zu 5 µm erhalten werden, die eine kritische Stromdichte Jc von ungefähr 1,0 × 104 A/cm2 bei 77 K im Eigenfeld zeigt. MacManus-Driscoll JL et al in "In-plane aligned YBCO thick films grown in situ by high temperature ultrasonic spray pyrolysis" in Superconductor Science and Technology, 14: (2) 96 to 102, February 2001 describes the production of biaxially textured thick layers made of YBa 2 Cu 3 O 7-x by means of ultrasonic spray pyrolysis, single-crystalline oxide substrates or single-crystal silver and textured polycrystalline silver foil with different orientations being used as substrates. With these processes, layers with a thickness of up to 5 μm could be obtained, which shows a critical current density Jc of approximately 1.0 × 10 4 A / cm 2 at 77 K in the self-field.

Auch in Pinol S. et al "Meltgrowth and superconducting properties of textured Ag- YBa2Cu3O7 conductors" in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9: (2) 1483 bis 1486, Teil 2, Juni 1999 wird eine mittels Kaltwalzen texturierte Silberfolie als Trägermaterial für die Ausbildung einer biaxial texturierten supraleitenden Dickschicht verwendet. Hierbei wird eine 20 µm dicke Dickschicht aus YBa2Cu3O7 mittels Siebdruck auf dem Trägermaterial aufgebracht und anschließend ein gerichtetes Verfestigungsverfahren mit einem Temperaturgradienten durchgeführt. Also in Pinol S. et al "Meltgrowth and superconducting properties of textured Ag-YBa 2 Cu 3 O 7 conductors" in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9: (2) 1483 to 1486, part 2, June 1999, one is textured by means of cold rolling Silver foil used as a carrier material for the formation of a biaxially textured superconducting thick layer. In this case, a 20 μm thick thick layer of YBa 2 Cu 3 O 7 is applied to the carrier material by means of screen printing, and then a directional consolidation process with a temperature gradient is carried out.

Bei Wells J. J. et al, in "In-plane aligned YBCO thick films on {110} rolled and single crystal silver by ultrasonic mist pyrolysis" IEEE Transactions an Applied Superconductivity, 9 (2) 1983 bis 1985, Teil 2, Juni 1999 erfolgt die Texturierung über die Substrattextur, wobei als Substrat einkristallines Silber oder zur Texturierung speziell gewalztes Silber verwendet wird. Hierbei zeigte jedoch nur die Dickschicht auf dem einkristallinem Silber eine biaxiale Textur. Wells J. J. et al, in "In-plane aligned YBCO thick films on {110} rolled and single crystal silver by ultrasonic mist pyrolysis "IEEE Transactions an Applied Superconductivity, 9 (2) 1983 to 1985, part 2, June 1999, the texturing takes place over the substrate texture, with the substrate being single-crystalline silver or Texturing specially rolled silver is used. However, this only showed the thick layer on the single crystal silver has a biaxial texture.

Gemäß Zafar N. et al "Texturing of thick films REBCO on metallic substrates by isothermal melt processing" in Applied Superconductivity 1997, Bände 1 und 2, (158) 877 bis 880 erfolgte die biaxiale Texturierung der Dickschichten mittels texturierten Silbersubstraten, wobei einkristallines Silber oder eine texturierte gewalzte Silberfolie verwendet wurde. According to Zafar N. et al "Texturing of thick films REBCO on metallic substrates by isothermal melt processing "in Applied Superconductivity 1997, Volumes 1 and 2, (158) 877 to 880 the biaxial texturing of the thick layers was carried out by means of textured silver substrates, being single crystalline silver or a textured rolled silver foil was used.

Zwar lassen sich mit den bekannten Dickschichtverfahren supraleitende Dickschichten mit guter Produktivität und kostengünstig erhalten, die einen gewissen Grad an Texturierung aufweisen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die erzielbaren Dickschichten für praktische Anwendungen nicht ausreichend sind. Auch ist bisher die Herstellung von Strukturen, das heißt, für die praktische Anwendung geeigneten Geometrien, auf Basis dieser texturierten supraleitenden Dickschichten nicht bekannt. It is true that the known thick-film processes can be used to superconduct Get thick layers with good productivity and inexpensive that a certain Have a degree of texturing. However, it has been shown that the achievable thick layers are not sufficient for practical applications. So far, the production of structures, that is, for the practical Application of suitable geometries, based on this textured superconducting Thick layers not known.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein produktives, skalierbares und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von biaxial texturierten supraleitenden Dickschichten und Strukturen daraus zur Verfügung zu stellen. The present invention is therefore based on the object of producing a productive scalable and cost-effective process for the production of biaxial textured superconducting thick layers and structures made available put.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die praktische Anwendung geeignete, biaxial texturierte supraleitende Dickschichten und supraleitende Strukturen daraus zur Verfügung zu stellen. Furthermore, the invention is based, for practical purposes Application of suitable, biaxially textured superconducting thick layers and to provide superconducting structures from it.

Die vorstehenden Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer texturierten supraleitenden Dickschicht, wobei mindestens zwei Ausgangsmaterialien in Form der auszubildenden supraleitenden Dickschicht auf einem Trägermaterial in Kontakt zueinander angeordnet werden, wobei die mindestens zwei Ausgangsmaterialien eine Zusammensetzung aufweisen, die bei einem mindestens teilweisen Aufschmelzen eines der Ausgangsmaterialien während einer nachfolgenden Wärmebehandlung zumindest teilweise ein supraleitendes Material ausbildet, und sich in mindestens zwei der Ausgangsmaterialien in Bezug auf mindestens eine Beschaffenheitsgröße ein Gradient ausbildet, die Anordnung unter mindestens teilweisen Aufschmelzen eines der Ausgangsmaterialien und Ausbildung eines supraleitenden Materials aus mindestens einem Teil der Ausgangsmaterialien einer Wärmebehandlung unterzogen wird, und anschließend die Anordnung unter Kristallisation des gebildeten supraleitenden Materials und texturiertem Wachstum der Kristalle in Richtung des Gradienten der Beschaffenheitsgröße isotherm abgekühlt wird. The above objects are achieved by a manufacturing method a textured superconducting thick layer, at least two Starting materials in the form of the superconducting thick film to be formed a carrier material are arranged in contact with each other, the at least two starting materials have a composition that in the event of at least partial melting of one of the starting materials during a subsequent heat treatment at least partially forms superconducting material, and in at least two of the Source materials in relation to at least one texture size Gradient forms, the arrangement with at least partial melting of one of the Starting materials and formation of a superconducting material from at least some of the raw materials are subjected to heat treatment, and then the arrangement with crystallization of the formed superconducting material and textured growth of the crystals towards of the gradient of the texture size is cooled isothermally.

Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff "supraleitendes Material" auch ein supraleitfähiges Material, das heißt ein Material, das durch eine Nachbehandlung in ein supraleitendes Material umgewandelt werden kann wie es zum Beispiel zur Einstellung des Sauerstoffgehaltes für supraleitende Materialien allgemein bekannt und üblich ist. For the purposes of the invention, the term “superconducting material” also includes superconducting material, that is, a material that has undergone post-treatment can be converted into a superconducting material such as for example Adjustment of the oxygen content for superconducting materials in general is known and common.

Die Erfindung umfasst zudem biaxial texturierte supraleitende Dickschichten, deren Textur von der Textur des Trägermaterials unabhängig ist beziehungsweise die auf einem untexturierten Trägermaterial aufgebracht sind, und die insbesondere eine kritische Stromdichte von 10.000 A/cm2 bei 77 K im Eigenfeld aufweisen. The invention also encompasses biaxially textured superconducting thick layers, the texture of which is independent of the texture of the carrier material or which are applied to an untextured carrier material, and which in particular have a critical current density of 10,000 A / cm 2 at 77 K in the natural field.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung biaxial texturierte supraleitende Dickschichten, die auf einem Trägermaterial aufgebracht sind, das ausgewählt ist unter polykristallinem Silber und polykristallinen Silberlegierungen. In another aspect, the invention includes biaxially textured superconducting thick layers which are applied to a carrier material which is selected from polycrystalline silver and polycrystalline silver alloys.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung biaxial texturierte supraleitende Dickschichten, bei denen das supraleitende Material zumindest in Bezug auf eine Komponente des die supraleitende Schicht bildenden Materials einen Konzentrationsgradienten aufweist. In another aspect, the invention includes biaxially textured superconducting thick layers, in which the superconducting material at least in relation a component of the material forming the superconducting layer Has concentration gradient.

Weiter umfasst die Erfindung insbesondere Strukturen aus einer biaxial texturierten supraleitenden Dickschicht, wobei die Struktur eine geometrische Form aufweist, die keine gerade Linie ist. Furthermore, the invention particularly includes structures made from a biaxial textured superconducting thick film, the structure being a geometric shape which is not a straight line.

Die anliegenden Figuren betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt hierbei: The attached figures relate to preferred embodiments of the Invention. It shows:

Fig. 1a eine erfindungsgemäße Struktur, in der die Ausgangsmaterialien in Mäanderform angeordnet sind; 1a shows a structure of the invention in which the starting materials are arranged in meandering form.

Fig. 1b eine Detailvergrößerung eines Abschnitts der Struktur gemäß Fig. 1a; FIG. 1b is an enlarged detail of a portion of the structure shown in FIG. 1a;

Fig. 1c einen Schnitt durch die Dicke der Struktur einschließlich des Trägermaterials gemäß Fig. 1a und 1b; Fig. 1c shows a section through the thickness of the structure including the substrate of FIG 1a and 1b.

Fig. 2 ein Beispiel für eine bandförmige Anordnung der Ausgangsmaterialien sowie schematisch die biaxiale Textur der erhaltenen Dickschicht; Figure 2 is an example of a band-shaped arrangement of the starting materials and, schematically, the biaxial texture of the thick film obtained.

Fig. 3 ein Beispiel für eine kreisförmige Anordnung der Ausgangsmaterialien sowie schematisch die biaxiale Textur der daraus erhaltenen Dickschicht; 3 shows an example for a circular arrangement of the starting materials and, schematically, the biaxial texture of the thick film obtained therefrom.

Fig. 4 ein Diagramm mit den Jc-Werten der gemäß Beispiel 1 erhaltenen Dickschicht Fig. 4 thick layer a diagram with the Jc values of the obtained according to Example 1

Fig. 5 eine alternative Anordnung der Ausgangsmaterialien; und Fig. 5 shows an alternative arrangement of the starting materials; and

Fig. 6 eine Anordnung für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 6 shows an arrangement for a preferred embodiment of the method according to the invention.

Die Erfindung macht sich zunütze, dass durch Erzeugung eines Gradienten in den für die Herstellung des supraleitenden Materials verwendeten Ausgangsmaterialien texturiertes Wachstum der Supraleiterschicht parallel zu dem Gradienten bewirkt wird. The invention takes advantage of the fact that by generating a gradient in used for the manufacture of the superconducting material Starting materials textured growth of the superconductor layer parallel to that Gradient is effected.

Der Gradient wird hierbei erzeugt, indem entweder die Ausgangsmaterialien mindestens im Bezug auf eine Beschaffenheitsgröße unterschiedlich gewählt werden beziehungsweise sich während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein entsprechender Gradient ausbildet. The gradient is created by using either the starting materials chosen differently, at least in relation to a quality become or during the implementation of the method according to the invention forms a corresponding gradient.

Beschaffenheitsgrößen, die Gradienten ausbilden können, können die Konzentration einer Komponente in den Ausgangsmaterialien oder unterschiedliche Partikelgrößen der Ausgangsmaterialien sein. Texture quantities that can form gradients can Concentration of a component in the starting materials or different Particle sizes of the starting materials.

Dieser Gradient in Bezug auf die mindestens eine Beschaffenheitsgröße bewirkt ein unterschiedlich schnelles Erstarrungs- beziehungsweise Aufschmelzverhalten der Materialien in Richtung des Gradienten und damit eine gerichtete Kristallisation und Texturierung des sich bildenden supraleitenden Materials, in Richtung des Gradienten bei einer nachfolgenden Abkühlung. This gradient in relation to the at least one quality parameter causes a differently rapid solidification or melting behavior the materials in the direction of the gradient and thus a directed one Crystallization and texturing of the superconducting material that forms, in Direction of the gradient during a subsequent cooling.

Als Ausgangsmaterial können allgemein Zusammensetzungen eingesetzt werden, die eine Stöchiometrie aufweisen, die im Verlauf der Wärmebehandlung und des sich anschließenden isothermen Abkühlens das gewünschte supraleitende Material ausbilden. Compositions can generally be used as the starting material be that have a stoichiometry that occurs in the course of the heat treatment and the subsequent isothermal cooling the desired Form superconducting material.

So können für die Ausbildung eines Konzentrationsgradienten mindestens zwei Ausgangsmaterialien gewählt werden, die sich in mindesten einer Komponente der Zusammensetzung unterscheiden. So at least two can be used to develop a concentration gradient Starting materials can be selected that are in at least one component distinguish the composition.

Die Ausgangsmaterialien werden auf einem Trägermaterial vorzugsweise bereits in Form der erwünschten makroskopischen Struktur so angeordnet, dass sie in Kontakt miteinander stehen. Im Fall von mehr als zwei Ausgangsmaterialien bedeutet der Begriff "in Kontakt miteinander stehen" nicht notwendigerweise, dass alle Ausgangsmaterialien miteinander direkt in Kontakt stehen, sondern einzelne Ausgangsmaterialien können auch über weitere Ausgangsmaterialien, mit denen sie Kontakt haben, miteinander verbunden sein. Hierzu können sie je nach Bedarf nebeneinander oder auch übereinander angeordnet sein. The starting materials are preferably already on a carrier material arranged in the form of the desired macroscopic structure so that they are in Are in contact with each other. In the case of more than two starting materials the term "in contact with each other" does not necessarily mean that all raw materials are in direct contact with each other, but individual Starting materials can also have other starting materials with which they are in contact, connected. You can do this depending on If necessary, be arranged side by side or one above the other.

Bei drei oder mehr Ausgangsmaterialien kann auch eine kombinierte Anordnung neben- und übereinander für bestimmte Fälle von Vorteil sein. With three or more starting materials, a combined arrangement can also be used side by side and on top of each other can be advantageous for certain cases.

Diese Anordnung aus Trägermaterial mit darauf angeordneten Ausgangsmaterialien wird in einer ersten Stufe einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Anordnung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der zumindest ein Teil der Ausgangsmaterialien schmilzt. This arrangement of carrier material with arranged thereon Starting materials are subjected to a heat treatment in a first stage, whereby the assembly is heated to a temperature at which at least a portion of the Raw materials are melting.

Infolge des Aufschmelzens von zumindest einem Teil der Ausgangsmaterialien vermischen sich die Ausgangsmaterialien zumindest teilweise. Die Ursache für das zumindest teilweise Vermischen können Diffusionsvorgänge sein und/oder es können sich nicht geschmolzene Ausgangsmaterialien in bereits geschmolzenen Ausgangsmaterialien lösen. As a result of the melting of at least some of the starting materials the starting materials mix at least partially. The cause of the at least partial mixing can be diffusion processes and / or there may not be melted raw materials in already loosen molten starting materials.

Aufgrund dieser Diffusions- und Vermischungsvorgänge bilden sich Vorstufen für das supraleitende Material. Zudem wandert die mindestens eine Komponente, in der sich die Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien unterscheiden, in Richtung des Ausgangsmaterials, das diese Komponente nicht enthält, wobei die Konzentration dieser Komponente über den Querschnitt der Schicht mit zunehmender Entfernung von dem Ausgangsmaterial, das diese Komponente ursprünglich enthalten hat, abnimmt. Because of these diffusion and mixing processes, precursors for the superconducting material. In addition, the at least one component migrates into which differ in the compositions of the starting materials, in Direction of the starting material that does not contain this component, the Concentration of this component over the cross section of the layer increasing distance from the starting material that this component originally contained decreases.

Wird nun die Anordnung mit den sich gebildeten Gradienten einer isothermen Abkühlung unterzogen, kristallisiert als erstes das supraleitende Material mit der höchsten Erstarrungstemperatur, wobei die Kristallisation in Richtung des Konzentrationsgradienten und des sich daraus ergebenden Gradienten der peritektischen Erstarrungstemperatur der sich gebildeten supraleitenden Materialien voranschreitet. Mit anderen Worten: die Kristallisation beziehungsweise Erstarrung des supraleitenden Materials erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten in Richtung des Materials mit der niedrigsten Erstarrungstemperatur. Now the arrangement with the formed gradients is an isothermal When subjected to cooling, the superconducting material first crystallizes with the highest solidification temperature, the crystallization towards Concentration gradient and the resulting gradient of peritectic solidification temperature of the superconducting materials formed progresses. In other words: the crystallization respectively The superconducting material solidifies along the concentration gradient towards the material with the lowest solidification temperature.

Der sich hierbei ergebende Gradient der Erstarrungstemperatur begünstigt bei dem räumlich isothermen langsamen Abkühlen das gerichtete Wachstum der Kristalle aus supraleitendem Material parallel zu diesem Gradienten. Die entsprechend begünstigte Kristallorientierung setzt sich im weiteren Erstarrungsverlauf gegen ungünstig orientierte Kristalle durch, so dass letztlich nur Kristalle mit der gewünschten bevorzugten Orientierung verbleiben. The resulting gradient of the solidification temperature favors the spatially isothermal slow cooling the directional growth of the Crystals made of superconducting material parallel to this gradient. The accordingly favored crystal orientation continues Solidification course against unfavorably oriented crystals, so that ultimately only crystals remain with the desired preferred orientation.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass auch ohne Erzeugung eines Gradienten aufgrund der naturgemäß begrenzten Schichtdicke in Dickschichten bereits eine uniaxiale Ausrichtung der kristallographischen c-Achse erzielt werden kann. Die darüber hinaus gehende Ausrichtung auch der beiden weiteren Kristallachsen unter Ausbildung einer biaxialen Texturierung wird jedoch erst durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Gradienten ermöglicht, wie er erfindungsgemäß durch die gezielte Anordnung und Auswahl der Ausgangsmaterialien realisiert werden kann. In this context it should be noted that even without generating a Gradients due to the naturally limited layer thickness in thick layers Already achieved a uniaxial alignment of the crystallographic c-axis can be. The further orientation of the other two However, crystal axes with the formation of a biaxial texturing only become made possible by the inventive provision of a gradient as he according to the invention by the targeted arrangement and selection of Starting materials can be realized.

Isotherme Abkühlung bedeutet, dass die Temperatur gleichförmig über die gesamte Anordnung abgesenkt wird, sodass zu einem gegebenen Zeitpunkt die Anordnung in ihrer gesamten Erstreckung der gleichen Temperatur ausgesetzt ist. Isothermal cooling means that the temperature is uniform across the entire arrangement is lowered so that at a given time the Arrangement exposed throughout its extent at the same temperature is.

Die isotherme Abkühlung hat gegenüber einer graduellen Abkühlung, bei der die Anordnung zu einer gegebenen Zeit einem externen Temperaturgradienten ausgesetzt ist, den Vorteil, dass sie auch auf sehr kleine und/oder kompliziert geformte Strukturen ohne weiteres anwendbar ist. The isothermal cooling has a gradual cooling, in which the Arrange an external temperature gradient at a given time exposed to the advantage that it is also very small and / or complicated shaped structures is readily applicable.

Dem gegenüber erfordert die Kristallisation mittels eines externen Temperaturgradienten eine Mindestgröße der auszubildenden Struktur, zum einen aufgrund der Praktikabilität und zum anderen, damit überhaupt ein wirksamer Temperaturgradient über die Anordnung ausgebildet werden kann. Ist nämlich die Erstreckung, über die die gerichtete Kristallisation erfolgen soll, zu klein, lassen sich mit herkömmlichen Vorrichtungen zur Durchführung der Kristallisation mittels externer Temperaturgradienten keine ausreichend großen Temperaturunterschiede erzielen, die die gewünschte gerichtete Kristallisation bewirken. In contrast, crystallization by means of an external one requires Temperature gradients a minimum size of the structure to be trained, on the one hand due to the practicability, and on the other hand, to be effective at all Temperature gradient can be formed over the arrangement. Because it is Leave the extension over which the directional crystallization is to take place too small with conventional devices for performing the crystallization not sufficiently large using external temperature gradients Achieve temperature differences that cause the desired directional crystallization.

Anders als bei den bekannten Verfahren, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die biaxiale Texturierung der Dickschicht unabhängig von den Eigenschaften beziehungsweise der Beschaffenheit des Trägermaterials. Damit ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein Trägermaterial erforderlich, das bereits eine entsprechende Ausrichtung aufweist, über die die Texturierung der sich bildenden Dickschicht beeinflusst wird. Unlike the known methods as described above have been carried out in the method according to the invention is biaxial Texturing of the thick layer regardless of the properties or the Condition of the carrier material. This is for the implementation of the The method according to the invention does not require a carrier material which already has a has appropriate orientation, over which the texturing of the forming thick film is influenced.

Die erfindungsgemäßen Dickschichten zeigen daher keine Korrelation zwischen der Textur des Trägermaterials und der der Dickschicht. The thick layers according to the invention therefore show no correlation between the texture of the substrate and that of the thick layer.

Damit können für die vorliegende Erfindung auch untexturierte Trägermaterialien und Trägermaterialien, die keine Vorzugsorientierung aufweisen, eingesetzt werden. Untextured substrate materials can also be used for the present invention and carrier materials that have no preferred orientation become.

Beispielsweise können untexturierte polykristalline Materialien aus Metall oder Keramik oder auch Metalllegierungen eingesetzt werden. For example, untextured polycrystalline materials made of metal or Ceramic or metal alloys can be used.

Bevorzugte Beispiele für erfindungsgemäß einzusetzende Trägermaterialien sind polykristallines Silber und Silberlegierungen zum Beispiel mit Palladium. Preferred examples of support materials to be used according to the invention are polycrystalline silver and silver alloys, for example with palladium.

Anders als im Stand der Technik beschrieben muss für das erfindungsgemäße Verfahren das Trägermaterial keiner Behandlung zur Texturierung unterzogen werden, wie es zum Beispiel bei den bekannten speziell gewalzten und Wärmebehandelten polykristallinen Silber-Trägermaterialien der Fall ist. Hierbei erhält das polykristalline Material erst durch die spezielle Vorbehandlung eine gewünschte Kristallorientierung, die dann die gewünschte Orientierung der Dickschicht bewirkt. Different from what is described in the prior art for the invention Process the substrate is not subjected to a treatment for texturing be, as is the case with the well-known specially rolled and Heat-treated polycrystalline silver substrates are the case. Here receives the polycrystalline material only through special pretreatment desired crystal orientation, which then the desired orientation of the Thick film causes.

Für die praktische Anwendung sollte das gewählte Trägermaterial bei den Temperaturen, wie sie in dem Verfahren zur Anwendung kommen, nicht schmelzen und darf zudem mit den Materialien für die Dickschicht keine unerwünschten Nebenreaktionen eingehen. Geeignet sind zum Beispiel Trägermaterialien, die aus einem Werkstoff oder Verbundwerkstoff bestehen, deren Schmelzpunkt oberhalb der minimal erforderlichen Temperatur zur Umwandlung der Ausgangsmaterialien in das supraleitende Material ist. For practical use, the selected carrier material should be used with the Temperatures, such as those used in the process, do not melt and also must not be undesirable with the materials for the thick layer Enter into side reactions. For example, carrier materials that are suitable consist of a material or composite whose melting point above the minimum temperature required to convert the Starting materials in the superconducting material.

Die Dicke des Trägermaterials richtet sich üblicherweise nach der beabsichtigten Anwendung und nach der Dicke der aufzubringenden Dickschicht. Sie kann zwischen 50 µm und 100 µm oder mehr liegen. Diese Angaben können nach Bedarf variieren. The thickness of the carrier material usually depends on the intended one Application and according to the thickness of the thick layer to be applied. she can are between 50 µm and 100 µm or more. This information can be according to Needs vary.

Es können auch Trägermaterialien mit Pufferschicht eingesetzt werden, wobei eine dünne Schicht aus dem gewünschten Trägermaterial auf einem weiteren Träger aufgebracht ist. Support materials with a buffer layer can also be used, wherein a thin layer of the desired carrier material on another Carrier is applied.

Das Trägermaterial kann eine beliebige für die gewünschte Anwendung geeignete Form haben. Beispiele sind Platten und Zylinder. So kann auf einem plattenförmigen Träger eine Dickschicht in beliebigen Mustern, wie zum Beispiel einem Mäander, aufgebracht werden oder auf einen Zylinder als Trägermaterial eine Spule als Dickschicht aufgedruckt werden. The carrier material can be any for the desired application have a suitable shape. Examples are plates and cylinders. So on one plate-shaped carrier a thick layer in any pattern, such as a meander, applied or on a cylinder as a carrier material a coil can be printed as a thick layer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können damit die Ausgangsmaterialien auf dem Trägermaterial bereits in der Form der gewünschten auszubildenden makroskopischen Struktur angeordnet werden, so dass eine nachträgliche Bearbeitung zur Ausbildung dieser Struktur nicht erforderlich ist. In the process according to the invention, the starting materials can thus already on the carrier material in the form of the desired trainees Macroscopic structure can be arranged, so that a subsequent Editing to form this structure is not required.

Die Ausgangsmaterialien können hierfür in einer beliebigen gewünschten geometrischen Form auf dem Trägermaterial angeordnet werden. Die Form ist hierbei nicht auf gerade Linien und Bänder beschränkt sondern es kann sich auch um komplizierte Formen zum Beispiel gekrümmte Strukturen in Form von Spiralen, Kreisen oder Mäander etc. handeln. Auch die Ausbildung von Multifilamenten ist möglich. Erfindungsgemäß lassen sich auch dreidimensionale Strukturen erhalten, bei denen die Dickschicht auf einen entsprechenden Körper aufgebracht ist. Ein Beispiel hierfür ist eine auf einem dreidimensionalen Körper, zum Beispiel einen Zylinder, aufgedruckte Spule. The starting materials for this can be in any desired geometric shape can be arranged on the carrier material. The shape is not limited to straight lines and bands, but it can also be around complicated shapes, for example curved structures in the form of Trade spirals, circles or meanders etc. The training of Multifilaments are possible. According to the invention, three-dimensional structures can also be used obtained in which the thick film on an appropriate body is applied. An example of this is one on a three-dimensional body, for Example a cylinder, printed coil.

Für die Aufbringung der Ausgangsmaterialien auf das Trägermaterial kann ein beliebiges Beschichtungsverfahren, wie es zum Beispiel für die Herstellung von Dickschichten üblich ist, eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Siebdruck, Docter Blade, Spin Coating, Aufbringen mit Pinseln, Sedimentation, Airbrushing, Elektrolyse, etc.. A can be used to apply the starting materials to the carrier material any coating process, such as for the production of Thick layers are common to be used. Examples include screen printing, Docter Blade, Spin Coating, Brush Application, Sedimentation, Airbrushing, Electrolysis, etc.

Die Ausgangsmaterialien liegen hierfür in einer für diese Verfahren geeigneten Form vor, zum Beispiel als Pulver, Paste, Suspension etc.. The starting materials for this lie in a suitable one for these processes Form before, for example as a powder, paste, suspension etc.

Die Ausgangsmaterialien können hierbei in einem für die Aufbringung geeigneten Medium vorliegen, wie zum Beispiel als Suspension oder Paste in einer Flüssigkeit. Das Medium verflüchtigt sich hierbei üblicherweise im Verlaufe der Wärmebehandlung. The starting materials can be applied in one suitable medium, such as a suspension or paste in one Liquid. The medium usually evaporates during this Heat treatment.

Gemäß einer Verfahrensvariante können zur Unterstützung der Kristallisation des supraleitenden Materials Mittel verwendet werden, die die Kristallisation initiieren. Hierfür können an sich bekannte Keimbildner, wie Magnesiumoxid-Einkristalle, zum Beispiel in Form von Whiskern, vorgesehen sein. Vorzugsweise sind diese Keimbildner bereits in der gewünschten Orientierung des Kristallisationswachstums ausgerichtet. According to a variant of the method, crystallization can be supported of the superconducting material can be used, the crystallization initiate. Known nucleating agents such as Magnesium oxide single crystals, for example in the form of whiskers, can be provided. Preferably are these nucleating agents already in the desired orientation of the Crystallization growth aligned.

Zur Auslösung der Kristallisation können auch Defekte im Trägermaterial wie Rillen, andere Unebenheiten und/oder geometrische Oberflächenstrukturen, wie zum Beispiel aufgedruckte Muster, vorgesehen sein, die bei Bedarf auch kontrolliert eingebracht werden können. Defects in the carrier material such as Grooves, other bumps and / or geometric surface structures, such as For example, printed patterns can also be provided, if necessary can be introduced in a controlled manner.

Diese Mittel, die die Kristallisation initiieren, werden am Ausgangspunkt der Kristallisationsfront - üblicherweise der Bereich mit der höchsten Erstarrungstemperatur - zur Erhöhung der Keimbildungswahrscheinlichkeit vorgesehen. These means that initiate the crystallization are at the starting point of the Crystallization front - usually the area with the highest Solidification temperature - intended to increase the probability of nucleation.

Als Mittel, das die Kristallisation initiiert, kann ein supraleitendes Material von gleichem Typ wie das zu bildende supraleitende Material eingesetzt werden, das bei den Temperaturen der Wärmehandlung zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig im festen Zustand verbleibt. Die Kristalle des als Keimbildner vorgelegten Supraleitermaterials wirken als Kristallisationskeime für das sich in der Schmelze aus den Ausgangsmaterialien bildende supraleitende Material. A superconducting material of same type as the superconducting material to be formed, the at least partially at the temperatures of the heat treatment preferably remains completely in the solid state. The crystals of the as a nucleating agent submitted superconductor material act as crystallization nuclei for the the superconducting material forming the melt from the starting materials.

Hierfür ist es erforderlich, dass das als Keimbildner vorgelegte supraleitende Material bei den Temperaturen der Wärmebehandlung nicht vollständig schmilzt, sondern feste Keime verbleiben. For this it is necessary that the superconducting agent presented as a nucleating agent Material does not completely melt at the temperatures of the heat treatment, but solid germs remain.

Vorzugsweise hat dieses Material daher eine peritektische Erstarrungstemperatur, die höher ist, als die des sich aus den Ausgangsmaterialien bildenden Supraleitermaterials. This material therefore preferably has a peritectic Solidification temperature, which is higher than that of the starting materials Superconductor material.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Ausbildung von Dickschichten aus oxidischen supraleitenden Materialien. Besonders bevorzugte Vertreter sind hierbei oxidische supraleitende Materialien auf der Basis von SE- Bariumcupraten mit SE ausgewählt unter mindestens einem Seltenerdmetall einschließlich Lanthan und Yttrium. The method according to the invention is particularly suitable for the formation of Thick layers made of oxide superconducting materials. Particularly preferred Representatives here are oxide superconducting materials based on SE Barium cuprates with SE selected from at least one rare earth metal including lanthanum and yttrium.

Das supraleitende Material kann neben mindestens einem Seltenerdelement (einschließlich Lanthan und Yttrium) sowie Barium, Kupfer und Sauerstoff ggf. noch mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ce, Ti, S und F enthalten. The superconducting material can be in addition to at least one rare earth element (including lanthanum and yttrium) as well as barium, copper and oxygen if necessary at least one other element selected from the group consisting of from Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ce, Ti, S and F included.

Ein besonders bevorzugtes Beispiel für oxidische supraleitende Materialien mit der oben genannten Zusammensetzung sind die sogenannten "1-2-3-Materialien" (auch 1-2-3-Verbindungen genannt) mit der allgemeinen Formel SEBa2Cu3O, wobei SE die vorstehend genannte Bedeutung hat und der Sauerstoffgehalt auf einen für die Supraleitung geeigneten Wert eingestellt ist. Insbesondere sind dies Verbindungen der allgemeinen Formel SEBa2Cu3O7-x mit x ≤ 0,5. A particularly preferred example of oxidic superconducting materials with the composition mentioned above are the so-called "1-2-3 materials" (also called 1-2-3 compounds) with the general formula SEBa 2 Cu 3 O, SE being the above has the meaning mentioned and the oxygen content is set to a value suitable for superconductivity. In particular, these are compounds of the general formula SEBa 2 Cu 3 O 7-x with x 0,5 0.5.

Wie vorstehend angeführt, kann die Verbindung mehr als ein Seltenerdmetall sowie ggf. mindestens eines der vorstehend aufgeführten zusätzlichen Elemente enthalten. As mentioned above, the compound can do more than one rare earth metal and possibly at least one of the additional elements listed above contain.

Beispiele für geeignete Ausgangsmaterialien für die Erzeugung der bevorzugten supraleitenden 1-2-3-Materialien sind Verbindungen der allgemeinen Formel SE2BaCuO5, die üblicherweise auch als 2-1-1-Materialien bezeichnet werden. Wie vorstehend auch für das supraleitende 1-2-3-Material angegeben steht SE für mindestens ein Seltenerdmetall einschließlich der Elemente Lanthan und Yttrium. Weiter können die 2-1-1-Materialien zusätzlich noch mindestens ein weiteres Element aus der gleichen Gruppe wie vorstehend für die 1-2-3-Materialien angegeben enthalten. Examples of suitable starting materials for the production of the preferred superconducting 1-2-3 materials are compounds of the general formula SE 2 BaCuO 5 , which are usually also referred to as 2-1-1 materials. As also indicated above for the superconducting 1-2-3 material, SE stands for at least one rare earth metal including the elements lanthanum and yttrium. Furthermore, the 2-1-1 materials can additionally contain at least one further element from the same group as specified above for the 1-2-3 materials.

Zur Einstellung der Stöchiometrie des auszubildenden 1-2-3-Materials werden die 2-1-1-Materialien in an sich bekannter Weise in Kombination mit Bariumcupraten und ggf. Kupferoxid eingesetzt. Hierbei kann es sich um eine Mischung mit einer nominalen Stöchiometrie Ba2Cu3O5 handeln. Die Flüssigphase aus Bariumcuprat und gegebenenfalls Kupferoxid kann bei Bedarf weitere Zusätze enthalten. Geeignete Beispiele sind ein oder mehrere Seltenerdelemente, Ag, Pt, Ce, Zn, Ba, Ca und F sowie Verbindungen mit diesen Elementen. Bei den Verbindungen kann es sich um die Oxide dieser Elemente oder auch um deren Fluoridverbindungen wie zum Beispiel BaF2 handeln. Diese Zusätze können in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent enthalten sein. To adjust the stoichiometry of the 1-2-3 material to be trained, the 2-1-1 materials are used in a manner known per se in combination with barium cuprates and possibly copper oxide. This can be a mixture with a nominal stoichiometry Ba 2 Cu 3 O 5 . The liquid phase composed of barium cuprate and optionally copper oxide can contain further additives if necessary. Suitable examples are one or more rare earth elements, Ag, Pt, Ce, Zn, Ba, Ca and F as well as compounds with these elements. The compounds can be the oxides of these elements or their fluoride compounds such as BaF 2 . These additives can be contained in an amount of 1 to 10 percent by weight.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei 2-1-1-Materialien als Ausgangsmaterialien gewählt, die sich in mindestens einer ihrer Seltenerd-Komponenten unterscheiden, so dass sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der gewünschte Gradient der Konzentration für diese mindestens eine Komponente der Ausgangsmaterialien und zugleich ein Gradient der peritektischen Erstarrungstemperatur des sich bildenden supraleitenden 1-2-3-Materials beim isothermen Abkühlen ergibt. For carrying out the method according to the invention, at least two 2-1-1 materials selected as starting materials, which can be found in at least one of their rare earth components, so that the Implementation of the method according to the desired gradient of Concentration for this at least one component of the starting materials and at the same time a gradient of the peritectic solidification temperature of the forming superconducting 1-2-3 material during isothermal cooling.

Ein geeignetes Beispiel für eine derartige Kombination aus Ausgangsmaterialien sind 2-1-1-Materialien mit der Zusammensetzung Y2BaCuO5 (Y211) und Yb2BaCuO5 (Yb211). Für die peritektische Erstarrungstemperatur Tp der entsprechenden 1-2-3-Materialien gilt hierbei Tp (Y123) > Tp (Yb123). Selbstverständlich können auch beliebige andere Kombinationen gewählt werden, die diese Bedingung erfüllen. A suitable example of such a combination of starting materials are 2-1-1 materials with the composition Y 2 BaCuO 5 (Y211) and Yb 2 BaCuO 5 (Yb211). Tp (Y123)> Tp (Yb123) applies to the peritectic solidification temperature Tp of the corresponding 1-2-3 materials. Of course, any other combinations that meet this condition can also be selected.

Als Anhaltspunkt für die weitere Auswahl geeigneter Ausgangsmaterialien werden in der nachstehenden Tabelle 1 die peritektischen Erstarrungstemperaturen beziehungsweise Schmelztemperaturen für 1-2-3-Materialien der allgemeinen Formel SEBa2Cu3O7-x angegeben.


As a guide for the further selection of suitable starting materials, the peritectic solidification temperatures or melting temperatures for 1-2-3 materials of the general formula SEBa 2 Cu 3 O 7-x are given in Table 1 below.


Die Tabelle 1 gibt grundsätzlich nur Anhaltspunkte zur Auswahl geeigneter Kombinationen. Gemische verschiedener Elemente, der Einsatz von Druck beziehungsweise Unterdruck, Gehalte an Substanzen, die den Schmelzpunkt oder die peritektische Temperatur absenken, und insbesondere der Sauerstoffpartialdruck können jedoch eine deutliche Temperaturveränderung und gegebenenfalls auch eine Änderung der in der Tabelle 1 aufgeführten Reihenfolge bedingen. In principle, Table 1 only gives a guide to the selection of suitable ones Combinations. Mixtures of different elements, the use of pressure or negative pressure, contents of substances that have the melting point or lower peritectic temperature, and especially the However, partial pressure of oxygen can cause a significant change in temperature and possibly also require a change in the order listed in Table 1.

Beispiele für geeignete Kombinationen sind in Tabelle 2 enthalten mit
Nd > Sm > Dy
Nd > Dy > Y
Nd > Y > Yb
Nd > Sm > Yb
Sm > Y > Yb
Sm > Gd > Y
Eu > Dy > Er
Eu > Y > Yb
Gd > Y > Yb
Dy > Er > Yb
Examples of suitable combinations are given in Table 2 with
Nd>Sm> Dy
Nd>Dy> Y
Nd>Y> Yb
Nd>Sm> Yb
Sm>Y> Yb
Sm>Gd> Y
Eu>Dy> He
Eu>Y> Yb
Gd>Y> Yb
Dy>Er> Yb

Nachstehend wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von biaxial texturierten Dickschichten unter Verweis auf die anliegenden Figuren beispielhaft anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. The principle of the present invention for producing biaxially textured thick layers with reference to the attached figures exemplified with reference to a preferred embodiment.

Als Ausgangsmaterialien werden für diese bevorzugte Variante die verstehend genannte Kombination aus Y2BaCuO5 (Y211) 2 und Yb2BaCuO5 (Yb211) 3 gewählt sowie zusätzlich NdBa2Cu3O7-x (Nd123) 5 und eine Mischung aus Bariumcuprat und CuO mit der nominalen Stöchiometrie Ba2Cu3O5 4 als Flüssigphase. Für die peritektischen Erstarrungstemperaturen Tp gilt hierbei Tp Nd123 > Tp Y123 > Tp Yb123. The starting materials selected for this preferred variant are the combination of Y 2 BaCuO 5 (Y211) 2 and Yb 2 BaCuO 5 (Yb211) 3, as well as NdBa 2 Cu 3 O 7-x (Nd123) 5 and a mixture of barium cuprate and CuO with the nominal stoichiometry Ba 2 Cu 3 O 5 4 as the liquid phase. Tp Nd123> Tp Y123> Tp Yb123 applies to the peritectic solidification temperatures Tp.

Selbstverständlich können auch beliebige andere Kombinationen aus 2-1-1-Materialien und gegebenenfalls 1-2-3-Materialien gewählt werden, die die Bedingung für die peritektischen Erstarrungstemperaturen erfüllen. Of course, any other combination can be made 2-1-1 materials and, if necessary, 1-2-3 materials can be selected that the Fulfill the condition for the peritectic solidification temperatures.

Erfindungsgemäß lassen sich der geometrischen Anordnung der Ausgangsmaterialien (2, 3, 5) auf dem Trägermaterial (1) mindestens zwei charakteristische Längenskalen zuordnen, die in der Fig. 1a und in einer Vergrößerung in Fig. 1b dargestellt sind. Die größeren Längenskalen L1 und L2 in Fig. 1a entsprechen dabei den charakteristischen Längen der Struktur der auszubildenden Schicht (hier einem Mäander). Die kleinere Längenskala l, wie sie in der Vergrößerung in Fig. 1b dargestellt ist, entspricht dagegen der Anordnung der Ausgangsmaterialien 2, 3, 5 zueinander zur Erzeugung einer Textur im Supraleitermaterial. According to the invention, the geometric arrangement of the starting materials ( 2 , 3 , 5 ) on the carrier material ( 1 ) can be assigned at least two characteristic length scales, which are shown in FIG. 1a and in an enlargement in FIG. 1b. The larger length scales L1 and L2 in FIG. 1a correspond to the characteristic lengths of the structure of the layer to be formed (here a meander). The smaller length scale 1, as shown in the enlargement in FIG. 1b, on the other hand, corresponds to the arrangement of the starting materials 2 , 3 , 5 in relation to one another to produce a texture in the superconductor material.

Wie in Fig. 1b gezeigt wird, werden die Ausgangsmaterialien 2, 3, 5 in Linien nebeneinanderliegend auf dem Trägermaterial 1 angeordnet, wobei die nebeneinanderliegenden Linien die in Fig. 1a gezeigte mäanderförmige Struktur ausbilden. As shown in FIG. 1b, the starting materials 2 , 3 , 5 are arranged in lines next to one another on the carrier material 1 , the adjacent lines forming the meandering structure shown in FIG. 1a.

Die linienförmig auf dem Trägermaterial 1 angeordneten Ausgangsmaterialien 2, 3, 5 werden ganz oder zumindest teilweise mit der Mischung aus Bariumcuprat und Kupferoxid 5 abgedeckt. The starting materials 2 , 3 , 5 arranged in a line on the carrier material 1 are completely or at least partially covered with the mixture of barium cuprate and copper oxide 5 .

Da die Flüssigphase aus Bariumcuprat und Kupferoxid eine niedrigere Schmelztemperatur als die 2-1-1-Material 2, 3 und das 1-2-3-Material 5 aufweist, schmilzt sie während der Wärmebehandlung als erstes. Die gebildete Schmelze infiltriert die darunter liegenden Ausgangsmaterialien 2, 3, 5, wobei sich diese zumindest teilweise in der Schmelze lösen. Aus dieser partiellen Schmelze mit dem Ba2Cu3O5 4 als Flüssigphase mit gelösten festen 2-1-1-Material bildet sich beim langsamen Abkühlen das gewünschte 1-2-3-Material. Since the liquid phase of barium cuprate and copper oxide has a lower melting temperature than the 2-1-1 material 2 , 3 and the 1-2-3 material 5 , it melts first during the heat treatment. The melt formed infiltrates the starting materials 2 , 3 , 5 below, these at least partially dissolving in the melt. From this partial melt with the Ba 2 Cu 3 O 5 4 as liquid phase with dissolved solid 2-1-1 material, the desired 1-2-3 material forms during slow cooling.

Gleichzeitig findet ein Wanderungsvorgang der Seltenerdelemente aufgrund von Diffusions- und Schmelzprozessen statt, wobei sich ein erster Konzentrationsgradient für Nd in dem in Fig. 1b gezeigten Beispiel von links nach rechts und ein zweiter Konzentrationsgradient für Yb von rechts nach links ausbildet. At the same time, the rare earth elements migrate due to diffusion and melting processes, a first concentration gradient for Nd being formed from left to right in the example shown in FIG. 1b and a second concentration gradient for Yb being formed from right to left.

Aufgrund Tp (Nd 123) > Tp (Yb123) ergibt sich im Gesamtsystem infolge der beiden oben erwähnten Konzentrationsgradienten zwischen der Linie gebildet aus Nd123 5 und dem sich aus Yb211 2 bildenden Yb123 ein Gradient der Erstarrungstemperatur. Dieser Gradient der Erstarrungstemperatur begünstigt beim anschließenden räumlich isothermen langsamen Abkühlen das gerichtete Wachstum der supraleitenden Kristalle parallel zu diesem Gradienten. Due to Tp (Nd 123)> Tp (Yb123), the following results in the overall system two above-mentioned concentration gradients formed between the line Nd123 5 and Yb123 formed from Yb211 2 is a gradient of Solidification temperature. This gradient of the solidification temperature favors the subsequent spatially isothermal slow cooling the directed Growth of the superconducting crystals parallel to this gradient.

Vorzugsweise wird hierbei die Endtemperatur der Wärmebehandlung so gewählt, dass das 1-2-3-Material 5 noch nicht schmilzt, die weiteren Ausgangsmaterialien 2, 3, 4 jedoch ganz oder teilweise geschmolzen beziehungsweise in einer Schmelze in Lösung gegangen sind. The final temperature of the heat treatment is preferably selected so that the 1-2-3 material 5 is not yet melting, but the other starting materials 2 , 3 , 4 have melted in whole or in part or have dissolved in a melt.

Beim isothermen Abkühlen wirken dann diese nicht geschmolzenen Partikel aus 1-2-3-Material als Kristallisierungskeime. Zusätzlich unterstützt die Verwendung eines 1-2-3-Materials zusammen mit 2-1-1-Materialien die Ausbildung des gewünschten Konzentrationsgradienten, hier eines Nd-Gradienten. These unmelted particles then have an effect on isothermal cooling 1-2-3 material as crystallization nuclei. The use also supports of a 1-2-3 material together with 2-1-1 materials the formation of the desired concentration gradient, here an Nd gradient.

Die Keimung erfolgt üblicherweise statistisch, die Kristalle wachsen jedoch in Richtung des Bereichs mit der niedrigsten peritektischen Erstarrungstemperatur, zum Beispiel in Fig. 1b von links nach rechts. Germination usually takes place statistically, but the crystals grow in the direction of the region with the lowest peritectic solidification temperature, for example from left to right in FIG. 1b.

Die Wärmebehandlung, bei der zumindest ein Teil der Ausgangsmaterialien aufgeschmolzen wird, kann in einem handelsüblichen Ofen durchgeführt werden. The heat treatment in which at least part of the starting materials is melted, can be carried out in a commercially available oven.

Die Dauer der Wärmebehandlung ist hierbei von der Art der Ausgangsmaterialien abhängig. Sie muss ausreichend lang sein, so dass sich zwar einerseits der gewünschte Gradient ausbildet, andererseits ist die Wärmebehandlung zu beenden bevor sich die mindestens eine Komponente, die den Gradienten ausbilden soll, gleichförmig in den Ausgangsmaterialien verteilt hat. The duration of the heat treatment depends on the type of Starting materials dependent. It must be long enough so that the forms the desired gradient, on the other hand, the heat treatment is closed finish before the at least one component that forms the gradient should, distributed uniformly in the starting materials.

Die Ausgangsmaterialien können hierbei kontinuierlich oder auch stufenweise auf die gewünschte Endtemperatur gebracht werden. Für das stufenweise Aufheizen können unterschiedliche Aufheizraten und/oder eine oder mehrere Haltezeiten vorgesehen werden. The starting materials can be continuous or stepwise brought to the desired final temperature. For that gradually Different heating rates and / or one or more can be used for heating Stopping times are provided.

Damit hängen auch die Haltezeiten während der Wärmebehandlung von der Art und der Auftragsdicke der Ausgangsmaterialien ab. The holding times during the heat treatment also depend on the type and the application thickness of the starting materials.

Geeignete Aufheizraten liegen in einem Bereich von 200°C/Stunde bis 500°C/Stunde, wobei eine Gesamtaufheizdauer einschließlich Haltezeiten in Abhängigkeit der Aufheizrate in einem Bereich von 5 Stunden bis 10 Stunden betragen. Suitable heating rates range from 200 ° C / hour to 500 ° C / hour, with a total heating time including holding times in Dependence of the heating rate in a range from 5 hours to 10 hours be.

Die Wärmebehandlung kann bei einem Gesamtdruck durchgeführt werden, der dem normalen Luftdruck entspricht. The heat treatment can be carried out at a total pressure that corresponds to normal air pressure.

Die Wärmebehandlung kann in einer Atmosphäre aus Umgebungsluft durchgeführt werden oder alternativ kann sie in einer anderen Gasatmosphäre erfolgen. Beispiele für geeignete Gase beziehungsweise Atmosphären sind Stickstoff mit Sauerstoff oder Argon mit Sauerstoff. The heat treatment can be done in an atmosphere of ambient air be carried out or alternatively it can be carried out in a different gas atmosphere. Examples of suitable gases or atmospheres are nitrogen Oxygen or argon with oxygen.

So können durch Änderung des Sauerstoffpartialdrucks die Schmelzpunkte der Trägermaterialien und der supraleitenden Materialien gezielt beeinflusst werden. By changing the oxygen partial pressure, the melting points of the Carrier materials and the superconducting materials are specifically influenced.

Beispielsweise kann zweckmäßigerweise durch Erniedrigung des Sauerstoffpartialdrucks der Schmelzpunkt des Trägermaterials erhöht und gleichzeitig die peritektischen Temperaraturen der supraleitenden Materialien erniedrigt werden (und umgekehrt). For example, expediently by lowering the Oxygen partial pressure increases the melting point of the carrier material and at the same time the peritectic temperatures of the superconducting materials are lowered (and vice versa).

Nach Erreichen der für die Wärmebehandlung vorgesehen Endtemperatur schließt sich die isotherme Abkühlung an. After reaching the final temperature provided for the heat treatment isothermal cooling follows.

Für die isotherme Abkühlung können Abkühlraten gewählt werden wie sie für die Schmelztexturierung von supraleitenden Materialien üblich sind. Cooling rates can be selected for isothermal cooling as for the Melt texturing of superconducting materials are common.

Beispielsweise kann die Abkühlung mit einer Rate von 10°C/Stunde und weniger erfolgen. For example, cooling may be at a rate of 10 ° C / hour or less respectively.

Niedrigere Abkühlraten haben sich dabei zur Vermeidung von mechanischen Spannungen als vorteilhaft erwiesen. Lower cooling rates have been used to avoid mechanical Tensions proved beneficial.

Besonders bevorzugt erfolgt die Abkühlung mit einer Rate im Bereich von 0,5 bis 3°C/Stunde, insbesondere 0,5 bis 1°C/Stunde. Cooling is particularly preferably carried out at a rate in the range from 0.5 to 3 ° C / hour, especially 0.5 to 1 ° C / hour.

Allgemein ist die Menge an Flüssigphase, hier Ba2Cu3O5, für die Ausbildung des gewünschten Supraleitermaterials ausreichend zu wählen. Sie richtet sich demnach nach Art und Menge der weiteren Ausgangsmaterialien. In general, the amount of liquid phase, here Ba 2 Cu 3 O 5 , has to be chosen sufficiently for the formation of the desired superconductor material. It therefore depends on the type and quantity of the other starting materials.

Fig. 1c zeigt einen Schnitt durch die Dicke der Anordnung aus Trägermaterial 1 und darauf aufgetragenen Ausgangsmaterialien 2, 3, 4 und 5. Fig. 1c shows a section through the thickness of the assembly of substrate 1 and applied thereto starting materials 2, 3, 4 and 5.

Wie aus Fig. 1c ersichtlich ist, muss das als Flüssigphase dienende Ba2Cu3O5 4 die Materialien 3 und 5 nicht vollständig bedecken, sondern es ist ausreichend wenn dieser lediglich einen Randbereich der aus diesen Materialien gebildeten Linien überlappt. As can be seen from FIG. 1c, the Ba 2 Cu 3 O 5 4 serving as the liquid phase does not have to completely cover the materials 3 and 5 , but is sufficient if it only overlaps an edge region of the lines formed from these materials.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung für die Ausbildung einer bandförmigen Struktur auf einem Trägermaterial 1 aus AgPd mit darauf nebeneinander angeordneten Linien aus Y211 2, Yb211 3 und Nd123 5 sowie Ba2Cu3O5 4 als Flüssigphase. Die linke Abbildung zeigt hierbei die Anordnung vor der Wärmebehandlung und anschließenden isothermen Abkühlung. Die rechte Abbildung zeigt das fertige Band, wobei schematisch die gebildeten 1-2-3-Kristalle 6 sowie deren Ausrichtung dargestellt sind. Fig. 2 shows an arrangement for forming a band-shaped structure on a substrate 1 made of AgPd with it, adjacent lines from Y211 2, 3 and Yb211 Nd123 5 and Ba 2 Cu 3 O 5 4 as a liquid phase. The left figure shows the arrangement before the heat treatment and subsequent isothermal cooling. The right-hand illustration shows the finished strip, the 1-2-3 crystals 6 formed and their alignment being shown schematically.

Die Abbildungen gemäß Fig. 3 zeigen die Herstellung einer kreisförmigen Struktur gemäß dem nachstehend beschriebenen Beispiel 2. Die mittlere Abbildung ist hierbei ein vergrößerter Ausschnitt der rechten Abbildung mit der kleineren Längenskala l, das heißt der Anordnung der Ausgangsmaterialien zueinander und die rechte Abbildung die fertige Dickschicht, wobei die biaxiale Ausrichtung der gebildeten 1-2-3-Kristalle 6 schematisch wiedergegeben ist. The images shown in FIG. 3 show the production of a circular structure in accordance with the example described below 2. The middle figure here is an enlarged detail of the right figure with the smaller length scale l, i.e., the arrangement of the starting materials to each other, and the right figure shows the finished thick film , wherein the biaxial orientation of the 1-2-3 crystals 6 formed is shown schematically.

Ein Beispiel für eine Anordnung der Ausgangsmaterialien übereinander zeigt Fig. 5. An example of an arrangement of the starting materials on each other Fig. 5 shows.

Hierfür kann auf dem Trägermaterial 1 zunächst eine Linie aus 1-2-3-Material 5 aufgebracht werden, die von einer Linie aus einem ersten Ausgangsmaterial 211 2, das daneben angeordnet ist, überlappt wird. Eine Linie aus einem zweiten 2-1-1-Ausgangsmaterial 3 kann dann auf dem ersten 211-Ausgangsmaterial 2 auf der dem 1-2-3-Ausgangsmaterial 5 gegenüberliegenden Seite aufgebracht werden. Für die peritektische Erstarrungstemperatur der Materialien gilt wieder Tp (1-2-3-Ausgangsmaterial) > Tp (gebildetes 1-2-3-Material aus ersten 2-1-1-Ausgangsmaterial) > Tp (gebildetes 1-2-3-Material aus zweitem Ausgangsmaterial). For this purpose, a line of 1-2-3 material 5 can first be applied to the carrier material 1 , which line is overlapped by a line of a first starting material 211 2 , which is arranged next to it. A line of a second 2-1-1 starting material 3 can then be applied to the first 211 starting material 2 on the side opposite the 1-2-3 starting material 5 . The peritectic solidification temperature of the materials again applies to Tp (1-2-3 starting material)> Tp (formed 1-2-3 material from the first 2-1-1 starting material)> Tp (formed 1-2-3 material from second source material).

Durch diese Anordnung kann eine Variation der Ausrichtung des Vektors des Gradienten für die peritektische Erstarrungstemperatur erzielt werden. Werden die Ausgangsmaterialien nebeneinander angeordnet wie zum Beispiels in den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 3 weist dieser Vektor in einer Ebene von der Seite der Ausgangsmaterialien mit der höchsten peritektischen Erstarrungstemperatur zu der Seite mit der niedrigsten peritektischen Erstarrungstemperatur. With this arrangement, a variation of the orientation of the vector of the gradient for the peritectic solidification temperature can be achieved. If the starting materials are arranged next to one another, for example in the embodiments according to FIGS. 1 to 3, this vector points in a plane from the side of the starting materials with the highest peritectic solidification temperature to the side with the lowest peritectic solidification temperature.

Im Gegensatz hierzu weist in der Anordnung gemäß der Fig. 5 der Vektor von links unten (höchste peritektische Erstarrungstemperatur) nach rechts oben (niedrigste peritektische Erstarrungstemperatur). Durch diese schräg verlaufende Ausrichtung des Vektor kann neben der gewünschten biaxialen Ausrichtung gleichzeitig Einfluss auf die Ausrichtung der c-Achse erzielt werden. In contrast to this, in the arrangement according to FIG. 5, the vector points from the bottom left (highest peritectic solidification temperature) to the top right (lowest peritectic solidification temperature). This oblique orientation of the vector can influence the alignment of the c-axis in addition to the desired biaxial alignment.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Herstellung der supraleitenden Dickschicht unter Verwendung von Kristallen aus supraleitendem Material, die sich in situ bei der Durchführung des Verfahrens bilden und ausrichten. According to a further preferred embodiment of the invention, the Production of the superconducting thick layer using crystals superconducting material that is in situ when performing the process form and align.

Diese Ausführungsform beruht auf der erfindungsgemäßen Erkenntnis, dass bei der Herstellung von supraleitenden Materialien mittels Schmelztechnologie eine Ausrichtung der supraleitenden Kristalle in Richtung einer Dimension der für das supraleitende Material gewählten geometrischen Anordnung bewirkt werden kann, wenn diese Dimension eine extrem kleine Abmessung aufweist, die wenige 100 µm nicht übersteigt. This embodiment is based on the knowledge according to the invention that at the production of superconducting materials using melting technology Alignment of the superconducting crystals in the direction of a dimension for the superconducting material selected geometric arrangement can be effected can, if this dimension has an extremely small dimension, the not exceed a few 100 µm.

Diese geometrische Anordnung kann eine beliebige Form aufweisen, solange die Abmessungen die gewünschte Ausrichtung bewirken. Sie kann band- oder streifenförmig sein, eine Spirale, Raute oder Kombinationen davon. This geometric arrangement can have any shape as long as the dimensions bring about the desired alignment. You can band or be strip-shaped, a spiral, rhombus or combinations thereof.

Nachstehend wird diese Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 6 am Beispiel der Ausbildung einer Dickschicht auf Basis eines 1-2-3-supraleitenden Materials erläutert. This embodiment is explained below with reference to FIG. 6 using the example of forming a thick layer based on a 1-2-3 superconducting material.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird zunächst in einer ersten Stufe mindestens ein geeignetes Ausgangsmaterial mit einer 2-1-1-Zusammensetzung beziehungsweise einer entsprechenden geeigneten Stöchiometrie, zum Beispiel 4-2-2 im Fall von Nd, und darüber Barium-Cuprat als Flüssigphase in einer geeigneten Stöchiometrie, zum Beispiel Ba2Cu3O5 wie vorstehend beschrieben, auf einem Trägermaterial 1, zum Beispiel AgPd, in Form 7 der gewünschten Dickschicht angeordnet. As shown in FIG. 6, in a first stage at least one suitable starting material with a 2-1-1 composition or a correspondingly suitable stoichiometry, for example 4-2-2 in the case of Nd, and above that barium cuprate as Liquid phase in a suitable stoichiometry, for example Ba 2 Cu 3 O 5 as described above, is arranged on a carrier material 1 , for example AgPd, in the form 7 of the desired thick layer.

In einer zweiten Stufe werden als geometrische Anordnung schmale Streifen 8 eines weiteren Ausgangsmaterials in einem Winkel zu der in Stufe 1 erhaltenen Anordnung 7 angeordnet, wobei diese Streifen 8 mit ihrer Breitseite mit einem Rand der in Stufe 1 erhaltenen Anordnung in Kontakt stehen, von dem ausgehend die gerichtete Kristallisation des auszubildenden supraleitenden Materials initiiert werden soll. Üblicherweise wird für die Ausbildung einer Dickschicht aus supraleitendem Material die Keimbildung entlang einer Längsseite initiiert, wie in Fig. 6 gezeigt. In a second stage, narrow strips 8 of a further starting material are arranged as a geometric arrangement at an angle to the arrangement 7 obtained in stage 1 , these broad sides 8 of which are in contact with an edge of the arrangement obtained in stage 1 , from which point the directed crystallization of the superconducting material to be formed is to be initiated. The nucleation along a long side is usually initiated for the formation of a thick layer of superconducting material, as shown in FIG. 6.

Für die schmalen Streifen 8 wird ein Ausgangsmaterial für ein supraleitendes Material gewählt, dessen peritektische Erstarrungstemperatur höher ist als die des supraleitenden Materials oder der supraleitenden Materialien für die eigentliche Dickschicht gemäß der Form 7. A starting material for a superconducting material is selected for the narrow strips 8 , the peritectic solidification temperature of which is higher than that of the superconducting material or the superconducting materials for the actual thick film according to the form 7 .

Die Dimensionen des schmalen Streifens 8 werden hierbei so gewählt, dass entlang der Breite des Streifens 8 eine Ausrichtung der sich bildenden 1-2-3- Kristalle erzwungen wird. The dimensions of the narrow strip 8 are chosen such that the 1-2-3 crystals that form are forced along the width of the strip 8 .

Um eine ausreichende Ausrichtung der Kristalle zu erzwingen, sollte die Breite des Streifens 8 200 µm nicht überschreiten, da sich mit zunehmender Breite der Grad der Orientierung verringert. In order to force sufficient alignment of the crystals, the width of the strip should not exceed 8 200 µm, since the degree of orientation decreases with increasing width.

Wie vorstehend ausgeführt, können anstelle der schmalen Streifen 8 beliebige geometrische Anordnungen mit einer extrem kleinen Dimension gewählt werden. As stated above, instead of the narrow strips 8, any geometrical arrangements with an extremely small dimension can be chosen.

Vorzugsweise wird für die Streifen 8 eine Breite in einem Bereich von 100 µm bis 200 µm, insbesondere 100 µm oder nahe 100 µm gewählt. Für die Länge sind Abmessungen im Millimeter-Bereich ausreichend. So liegen geeignete Längen in einem Bereich von 1 mm bis 5 mm. A width in a range from 100 μm to 200 μm, in particular 100 μm or close to 100 μm, is preferably selected for the strips 8 . Dimensions in the millimeter range are sufficient for the length. Suitable lengths are in a range from 1 mm to 5 mm.

Bei Bedarf kann die Länge auch größer, zum Beispiel im Zentimeterbereich aber auch kleiner, zum Beispiel im Mikrometerbereich gewählt werden. If necessary, the length can also be longer, for example in the centimeter range also smaller, for example in the micrometer range.

Die Anzahl der Streifen 8 kann je nach Bedarf gewählt werden und unterliegt keiner prinzipiellen Beschränkung. The number of strips 8 can be selected as required and is not subject to any fundamental restriction.

Der Abstand zwischen den einzelnen Streifen 8 wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass sich die Materialien bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht gegenseitig beeinflussen und insbesondere beim Aufschmelzen nicht ineinander verlaufen. The distance between the individual strips 8 is expediently chosen such that the materials do not influence one another when the method according to the invention is carried out, and in particular do not run into one another when melting.

Durch den Winkel, mit dem die Streifen 8 auf die Anordnung 7 für die Dickschicht auftreffen, kann die Orientierung der sich in der Anordnung 7 bildenden Kristalle beeinflusst werden. So zeigen die Kristalle bei einer Streifenanordnung in einem Winkel von 45° eine <110>-Orientierung, wie in Abb. 6a gezeigt, und bei Auftreffen in einem 90°-Winkel eine <100>- Orientierung, wie in Abb. 6b gezeigt. The orientation of the crystals forming in the arrangement 7 can be influenced by the angle at which the strips 8 strike the arrangement 7 for the thick layer. For example, the crystals show a <110> orientation when the strips are arranged at an angle of 45 °, as shown in Fig. 6a, and a <100> orientation when they meet at a 90 ° angle, as shown in Fig. 6b.

Erfindungsgemäß ist insbesondere eine Anordnung der Streifen 8 in einem 45°- Winkel und damit eine <110>-Orientierung der Kristalle in Hinblick auf die zu erzielenden Stromdichten besonders bevorzugt. Die Korngrenzen von supraleitenden Kristallen, welche mit <110>-Orientierung aneinander stoßen, zeigen geringere Verunreinigungen (Seigerung) an den Korngrenzen als Kristalle, die mit anderen Orientierungen, wie zum Beispiel <100>-Orientierung, aneinander stoßen. Damit können für supraleitende Materialien mit <110>-orientierten Kristallen besonders hohe Stromdichten erzielt werden. According to the invention, an arrangement of the strips 8 at a 45 ° angle and thus a <110> orientation of the crystals is particularly preferred with regard to the current densities to be achieved. The grain boundaries of superconducting crystals that meet with <110> orientation show less contamination (segregation) at the grain boundaries than crystals that meet with other orientations, such as <100> orientation. This enables particularly high current densities to be achieved for superconducting materials with <110> -oriented crystals.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer supraleitenden Dickschicht mittels in situ erzeugter und ausgerichteter Kristalle erfolgt bei einer Temperatur, bei der auch das für den Streifen 8 gewählte Ausgangsmaterial aufschmilzt. Gleichzeitig erfolgt hierbei eine Gradientenausbildung entlang des Kontaktbereichs des Streifens 8 mit der geometrischen Form 7 für die Dickschicht The method according to the invention for producing a superconducting thick layer by means of crystals produced and aligned in situ is carried out at a temperature at which the starting material selected for the strip 8 also melts. At the same time, a gradient is formed along the contact area of the strip 8 with the geometric shape 7 for the thick layer

Beim isothermen Abkühlen setzt die Kristallisation der 1-2-3-Materialien als erstes auf dem Streifen 8 an einer beliebigen Stelle ein, die in Fig. 6a und b mit Rechtecken 9 angedeutet ist. Die Kristalle richten sich hierbei mit ihren <100> beziehungsweise <010> Kanten parallel zu den Kanten des Streifens 8 aus und die Kristallisation schreitet entlang dem Konzentrationsgradienten in Richtung der Form 7 und dann in die Form 7 hinein. Wie in Fig. 6a durch das Bezugszeichen 10 angedeutet, wachsen die in dem Streifen 8 gebildeten 1-2-3- Kristalle sozusagen in die Form 7 hinein und bewirken eine gerichtete Kristallisation des Ausgangsmaterials, das gemäß der Form 7 angeordnet worden ist, in dieser Verzugsrichtung. During isothermal cooling, the crystallization of the 1-2-3 materials begins first on the strip 8 at any point, which is indicated by rectangles 9 in FIGS. 6a and b. The crystals align with their <100> or <010> edges parallel to the edges of the strip 8 and the crystallization proceeds along the concentration gradient in the direction of the shape 7 and then into the shape 7 . As indicated in FIG. 6a by the reference number 10 , the 1-2-3 crystals formed in the strip 8 grow into the mold 7, so to speak, and bring about a directed crystallization of the starting material which has been arranged according to the mold 7 therein default direction.

Werden gemäß einer weiteren Verfahrensvariante für das erfindungsgemäße Verfahren pulverförmige Ausgangsmaterialien gewählt, kann gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt ein Gradient aufgrund verschiedener Partikelgrößen der einzelnen Ausgangsmaterialien erzeugt werden. In diesem Fall können die verschiedenen Ausgangsmaterialien auch dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen. Are according to a further process variant for the invention Process powdered starting materials selected can be according to a another aspect of the invention a gradient due to different Particle sizes of the individual starting materials are generated. In this Case, the different starting materials can also be the same chemical Have composition.

Hierbei können die Ausgangsmaterialien auf der in Fig. 1b gezeigten kleineren Mengenskala so angeordnet werden, dass ein das texturierte Wachstum der supraleitenden Dickschichten begünstigender Gradient der Partikelgröße für mindestens ein Ausgangmaterial erzeugt wird. Here, the starting materials can be arranged on the smaller quantity scale shown in FIG. 1b in such a way that a gradient of the particle size which promotes the textured growth of the superconducting thick layers is produced for at least one starting material.

Das nach dem isothermen Abkühlen erhaltene Schichtmaterial weist im Allgemeinen als solches noch keine Supraleitung auf. Zur Erzeugung der Supraleitung in dem vorgeformten supraleitfähigen Material wird die Dickschicht mit dem supraleitfähigen Material einer an sich bekannten Wärmebehandlung zur Einstellung des Sauerstoffgehaltes des supraleitfähigen Materials unterzogen. Diese Herstellung der Supraleitung in einem supraleitfähigen Material ist an sich bekannt. The layer material obtained after the isothermal cooling has in Generally, as such, no superconductivity. To generate the Superconductivity in the preformed superconducting material becomes the thick film with the superconducting material of a heat treatment known per se to adjust the oxygen content of the superconducting material subjected. This manufacture of superconductivity in a superconductive Material is known per se.

Beispielsweise kann hierfür die erhaltene texturierte supraleitfähige Dickschicht für 50 bis 100 Stunden in einer Atmosphäre mit 1 Bar Sauerstoffpartialdruck auf 500°C erhitzt werden, um so den Sauerstoffgehalt des supraleitfähigen Materials in der Dickschicht zu optimieren. Die Heiz- und Kühlraten der Sauerstoffbehandlung können etwa 100°C/Stunde betragen. For example, the textured superconductive thick layer obtained can be used for this purpose for 50 to 100 hours in an atmosphere with 1 bar oxygen partial pressure 500 ° C, so the oxygen content of the superconducting material to optimize in the thick layer. The heating and cooling rates of the Oxygen treatment can be around 100 ° C / hour.

Die Dicke der erfindungsgemäßen Dickschichten liegt üblicherweise in einem Bereich von größer 5 µm, insbesondere von 10 µm und mehr, und kleiner 1 mm, vorzugsweise von 20 µm und mehr und kleiner 1 mm und insbesondere zwischen 20 µm und mehr und 200 µm. The thickness of the thick layers according to the invention is usually one Range of greater than 5 µm, in particular of 10 µm and more, and less than 1 mm, preferably of 20 microns and more and less than 1 mm and in particular between 20 µm and more and 200 µm.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Dickschichten zeigen Werte für Jc von 104 A/cm2 bei 77 K, 0 T unter Anwendung eines 2 µV/cm-Kriteriums, wobei die Jc-Werte für die Dickschicht gemäß Beispiel in Fig. 4 als Diagramm gezeigt sind. The thick layers obtained according to the invention show values for Jc of 10 4 A / cm 2 at 77 K, 0 T using a 2 μV / cm criterion, the Jc values for the thick layer according to the example being shown as a diagram in FIG. 4.

Diese guten Jc-Werte belegen, dass die erfindungsgemäß biaxial texturierte Dickschichten erhalten werden, die dicht und kontinuierlich sind und damit eine ausgezeichnete Stromtragfähigkeit besitzen. These good Jc values show that the biaxially textured according to the invention Thick layers are obtained that are dense and continuous and therefore one have excellent current carrying capacity.

Die Textur der erfindungsgemäß erhaltenen Dickschichten ist unabhängig von der Art des verwendeten Trägermaterials. Anders als bei den nach dem Stand der Technik erhaltenen Dickschichten besteht erfindungsgemäß keine Korellation zwischen der Textur der Dickschicht und der Beschaffenheit des Trägermaterials, da die Beschaffenheit des Trägermaterials einschließlich einer möglichen Textur des Trägermaterials keinen Einfluss auf die Orientierung der supraleitenden Kristalle in der Dickschicht hat. Damit ist es erfindungsgemäß möglich, ein beliebiges Trägermaterial zu verwenden. Insbesondere ist es auch möglich, untexturierte polykristalline Trägermaterialien aus Metall oder Keramik wie zum Beispiel polykristallinem Silber zu verwenden, ohne dass das Material einer wie bisher üblichen Vorbehandlung zur Texturierung unterzogen werden muss. The texture of the thick layers obtained according to the invention is independent of the type of carrier material used. Different from those according to the status There are no thick layers obtained according to the invention Correlation between the texture of the thick layer and the nature of the Carrier material, since the nature of the carrier material including a possible texture of the carrier material does not affect the orientation of the has superconducting crystals in the thick film. It is therefore according to the invention possible to use any carrier material. In particular, it is possible, untextured polycrystalline substrates made of metal or ceramic such as polycrystalline silver to use without the material be subjected to a pretreatment for texturing as usual got to.

Erfindungsgemäß lassen sich zudem biaxial texturierte Dickschichten erhalten, deren supraleitendes Material mindestens für eine Komponente der Zusammensetzung aus der das supraleitende Material gebildet ist, einen Konzentrationsgradienten in Richtung der biaxialen Orientierung der Kristalle aufweist. According to the invention, biaxially textured thick layers can also be obtained, whose superconducting material for at least one component of the Composition from which the superconducting material is formed, a Concentration gradients in the direction of the biaxial orientation of the crystals having.

Aufgrund ihrer biaxialen Texturierung mit einer dichten und kontinuierlichen Schicht und einer erzielbaren Dicke von mehr als 5 µm zeigen die erfindungsgemäß erhaltenen supraleitenden Dickschichten eine für praktische Anwendungen geeignet hohe kritische Stromdichte und absoluten kritischen Strom. Because of their biaxial texturing with a dense and continuous The layer and an achievable thickness of more than 5 microns show the Superconducting thick films obtained according to the invention are one for practical use Applications suitable for high critical current density and absolute critical Electricity.

Daher können die erfindungsgemäßen supraleitenden Dickschichten beziehungsweise supraleitenden Strukturen für eine Vielzahl von energietechnischen Anwendungen wie Hochstromanwendungen und im Hochfrequenzbereich eingesetzt werden. Therefore, the superconducting thick layers according to the invention or superconducting structures for a variety of energy technology applications such as high current applications and High frequency range can be used.

Beispiele hierfür sind Anwendungen für magnetische Lagerungen, magnetische Abschirmungen, Stromzuführungen, Strombegrenzer etc.. Eine mäanderförmige Struktur aus erfindungsgemäßen texturierten supraleitendem Material kann zum Beispiel als resistiver Strombegrenzer eingesetzt werden. Examples of this are applications for magnetic bearings, magnetic Shields, power supplies, current limiters etc. A meandering Structure of textured superconducting material according to the invention can Example can be used as a resistive current limiter.

Für Hochfrequenzanwendungen können erfindungsgemäße Dickschichten beziehungsweise Strukturen zum Beispiel als Antennen oder Filter eingesetzt werden. Thick layers according to the invention can be used for high-frequency applications or structures used for example as antennas or filters become.

Ein weiteres Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen Dickschichten ist die Verwendung als Keimbildner für die Herstellung von Massivmaterialien. Another area of application for the thick layers according to the invention is Use as a nucleating agent for the production of solid materials.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen beschrieben: The present invention is described below by means of examples:

Erstes BeispielFirst example

Herstellung einer biaxial texturierten, linienförmigen (SE)Ba2Cu3O7-x Dickschichtstruktur auf einem metallischen Band gemäß Fig. 2.
Trägermaterial: Bandstück aus AgPd12,5 (Palladium in Gewichtsprozent) mit einer Dicke von circa 100 µm, einer Breite von circa 2 cm und einer Länge von circa 5 cm.
Ausgangsmaterialien: Pulver aus Y2BaCuO5 (Y211), NdBa2Cu3O7-x (Nd123), Yb2BaCuO5 (Yb211) sowie eine Pulvermischung aus BaCuO2 und CuO mit nominaler Stöchiometrie Ba2Cu3O5 mit Zugabe von 1 bis 10 Gewichtsprozent Ag- Pulver als Flüssigphase.
Production of a biaxially textured, line-shaped (SE) Ba 2 Cu 3 O 7-x thick-film structure on a metallic band according to FIG. 2.
Carrier material: Band piece made of AgPd12.5 (palladium in weight percent) with a thickness of approx. 100 µm, a width of approx. 2 cm and a length of approx. 5 cm.
Starting materials: Powder made of Y 2 BaCuO 5 (Y211), NdBa 2 Cu 3 O 7-x (Nd123), Yb 2 BaCuO 5 (Yb211) as well as a powder mixture of BaCuO 2 and CuO with nominal stoichiometry Ba 2 Cu 3 O 5 with addition from 1 to 10 weight percent Ag powder as a liquid phase.

Der mittlere Durchmesser der Pulverteilchen aller Pulver lag im Bereich von 1 bis 50 µm. The average diameter of the powder particles of all powders ranged from 1 to 50 µm.

Auf das Trägermaterial wurden mit Pinseln oder mittels eines Airbrushs nebeneinander wie in Fig. 2 gezeigt folgende Linien aufgebracht:

  • - eine 1 mm breite Linie aus Nd123 (5) (5 cm lang, insgesamt etwa 40 mg Nd 123),
  • - eine 5 mm breite Linie aus Y211 (2) (5 cm lang, insgesamt etwa 200 mg Y211)., und
  • - eine 2 mm breite Linie aus Yb211 (3) (5 cm lang, insgesamt etwa 90 mg.
The following lines were applied to the carrier material with brushes or by means of an airbrush next to one another as shown in FIG. 2:
  • a 1 mm wide line of Nd123 ( 5 ) (5 cm long, a total of about 40 mg Nd 123 ),
  • - a 5 mm wide line of Y211 ( 2 ) (5 cm long, a total of about 200 mg Y211)., and
  • - a 2 mm wide line of Yb211 ( 3 ) (5 cm long, a total of about 90 mg.

Die so nebeneinander angeordneten Linien wurden anschließend mit einer Schicht aus Flüssigphase mit insgesamt etwa 400 mg an Ba2Cu3O5 5 abgedeckt. The lines arranged next to one another in this way were then covered with a layer of liquid phase with a total of about 400 mg of Ba 2 Cu 3 O 5 5.

Das so beschichtete Trägermaterial wurde in Luft in einem handelsüblichen Kammerofen auf einem Al2O3-Block platziert und der folgenden Wärmehandlung unterzogen:


The carrier material coated in this way was placed in air in a commercially available chamber furnace on an Al 2 O 3 block and subjected to the following heat treatment:


Während des ersten Schrittes dieser Wärmebehandlung wurden vornehmlich die verwendeten Lösungsmittel, Wasser mit 2 Gew.-% Polyvinylalkohol (PVA), verdampft. During the first step of this heat treatment, mainly the solvent used, water with 2% by weight polyvinyl alcohol (PVA), evaporated.

Während des zweiten Schritts der Wärmebehandlung schmolz die Mischung aus Silber, Bariumcuprat und Kupferoxid - die Flüssigphase - auf und bildete eine dotierte Bariumcupratschmelze, die die darunter liegenden, nebeneinander angeordneten Ausgangsmaterialien infiltrierte. Die Ausgangsmaterialien (2), (3) und (5) wurden zumindest teilweise von dieser Flüssigphase gelöst. Es bildete sich ein Konzentrationsgradient von Neodym aus, welcher von Ausgangsmaterial (5) ausgehend in Richtung Ausgangsmaterial (3) wies. Umgekehrt bildete sich außerdem ein Gradient der Konzentration von Ytterbium, welcher von Ausgangsmaterial (3) ausgehend in Richtung Ausgangsmaterial (2) wies. During the second step of the heat treatment, the mixture of silver, barium cuprate and copper oxide - the liquid phase - melted and formed a doped barium cuprate melt that infiltrated the starting materials located next to one another. The starting materials ( 2 ), ( 3 ) and ( 5 ) were at least partially dissolved from this liquid phase. A concentration gradient of neodymium was formed, which started from the starting material ( 5 ) in the direction of the starting material ( 3 ). Conversely, a gradient of the concentration of ytterbium was also formed, which started from the starting material ( 3 ) in the direction of the starting material ( 2 ).

Aufgrund der unterschiedlichen peritektischen Erstarrungstemperaturen Tp für unterschiedliche Supraleiter (SE)Ba2Cu3O7-x mit Tp (Nd123) > Tp (Y123) > Tp (Yb123) ergab sich im Gesamtsystem infolge des oben erwähnten Konzentrationsgradienten ein Gradient der Erstarrungstemperatur. Dadurch wurde bei dem räumlich isothermen, langsamen Abkühlen im Schritt 3 ein gerichtetes Wachstum der Supraleiterkristalle parallel zu dem Gradienten der Erstarrungstemperatur begünstigt. Due to the different peritectic solidification temperatures Tp for different superconductors (SE) Ba 2 Cu 3 O 7-x with Tp (Nd123)> Tp (Y123)> Tp (Yb123) there was a gradient of the solidification temperature in the overall system due to the concentration gradient mentioned above. As a result, during the spatially isothermal, slow cooling in step 3 , directional growth of the superconductor crystals in parallel with the gradient of the solidification temperature was promoted.

Zur Herstellung der Supraleitfähigkeit wurden die erhaltenen Proben für 50 bis 100 Stunden in einer Atmosphäre mit 1 bar Sauerstoffpartialdruck auf 500°C erhitzt. In diesem Verfahrensschritt wurde der Sauerstoffgehalt der Proben dahingehend optimiert, dass x in YBa2Cu3O7-x minimal auf jeden Fall jedoch kleiner als 0,5 wird. Die Heiz- und Kühlraten der Sauerstoffbehandlung betrugen etwa 100°C/h. To produce the superconductivity, the samples obtained were heated to 500 ° C. for 50 to 100 hours in an atmosphere with 1 bar oxygen partial pressure. In this process step, the oxygen content of the samples was optimized in such a way that x in YBa 2 Cu 3 O 7-x is minimally less than 0.5 in any case. The heating and cooling rates of the oxygen treatment were about 100 ° C / h.

Die Dicken der erhaltenen Dickschichten lagen typischerweise im Bereich zwischen 10 und 15 µm. The thicknesses of the thick layers obtained were typically in the range between 10 and 15 µm.

Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment

Herstellung der kreisförmigen Struktur gemäß Fig. 3. Production of the circular structure according to FIG. 3.

Das zweite Ausführungsbeispiel wurde analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt, jedoch wurden die Wärmebehandlung und die isotherme Abkühlung unter folgenden Bedingungen durchgeführt:


Bezugszeichenliste 1 Trägermaterial
2 Y211
3 Yb211
4 Ba2Cu3O5
5 Nd123
6 texturierte 123-Kristalle
7 Form für Dickschicht
8 schmaler Streifen
9 supraleitende Kristalle
10 Richtung des Kristallwachstums
The second exemplary embodiment was carried out analogously to the first exemplary embodiment, but the heat treatment and the isothermal cooling were carried out under the following conditions:


REFERENCE NUMERALS 1 substrate
2 Y211
3 Yb211
4 Ba 2 Cu 3 O 5
5 Nd123
6 textured 123 crystals
7 Form for thick film
8 narrow strips
9 superconducting crystals
10 direction of crystal growth

Claims (25)

1. Verfahren zur Herstellung einer texturierten supraleitenden Dickschicht dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Ausgangsmaterialien (2, 3, 4, 5) in Form der auszubildenden supraleitenden Dickschicht auf einem Trägermaterial (1) in Kontakt zueinander angeordnet werden, wobei die mindestens zwei Ausgangsmaterialien (2, 3, 4, 5) eine Zusammensetzung aufweisen, die bei einem mindestens teilweisen Aufschmelzen eines der Ausgangsmaterialien während einer nachfolgenden Wärmebehandlung zumindest teilweise ein supraleitendes Material ausbildet und sich in mindestens zwei Ausgangsmaterialien (2, 3, 5) in Bezug auf mindestens eine Beschaffenheitsgröße ein Gradient ausbildet,
die Anordnung unter mindestens teilweisen Aufschmelzen eines der Ausgangsmaterialien (2, 3, 4, 5) und Ausbildung eines supraleitenden Materials aus mindestens einem Teil der Ausgangsmaterialien (2, 3, 4, 5) einer Wärmebehandlung unterzogen wird, und anschließend die Anordnung unter Kristallisation des gebildeten supraleitenden Materials und texturiertem Wachstum der Kristalle in Richtung des Gradienten der Beschaffenheitsgröße isotherm abgekühlt wird.
1. A process for producing a textured superconducting thick layer ,
that at least two starting materials ( 2 , 3 , 4 , 5 ) in the form of the superconducting thick film to be formed are arranged on a carrier material ( 1 ) in contact with one another, the at least two starting materials ( 2 , 3 , 4 , 5 ) having a composition which in the case of at least partial melting of one of the starting materials during a subsequent heat treatment, a superconducting material is at least partially formed and a gradient is formed in at least two starting materials ( 2 , 3 , 5 ) with respect to at least one quality variable,
the arrangement is subjected to a heat treatment with at least partial melting of one of the starting materials ( 2 , 3 , 4 , 5 ) and formation of a superconducting material from at least some of the starting materials ( 2 , 3 , 4 , 5 ), and then the arrangement is crystallized formed superconducting material and textured growth of the crystals is isothermally cooled in the direction of the gradient of the texture size.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaffenheitsgröße die Konzentration mindestens einer der Komponenten ist, aus denen die Ausgangsmaterialien bestehen. 2. The method according to claim 1, characterized, that the texture size is the concentration of at least one of the Is components that make up the raw materials. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaffenheitsgröße die Partikelgröße der Ausgangsmaterialien ist. 3. The method according to claim 1, characterized, that the texture size is the particle size of the Is raw materials. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ausgangsmaterial (4) als Flüssigkeitsphase eingesetzt wird, die auf den anderen Ausgangsmaterialien (2, 3, 5) aufgetragen wird und diese zumindest teilweise bedeckt, wobei das als Flüssigphase wirkende Ausgangsmaterial (4) bei einer tieferen Temperatur als die weiteren Ausgangsmaterialien (2, 3, 5) schmilzt. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one starting material ( 4 ) is used as the liquid phase, which is applied to the other starting materials ( 2 , 3 , 5 ) and at least partially covers them, the starting material acting as the liquid phase ( 4 ) melts at a lower temperature than the other starting materials ( 2 , 3 , 5 ). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Material mindestens ein Selten-Erdelement einschließlich Lanthan und Yttrium sowie mindestens Barium, Kupfer und Sauerstoff enthält. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the superconducting material has at least one rare earth element including lanthanum and yttrium and at least barium, copper and Contains oxygen. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Material zusätzlich mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe unter Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ti, Ce, S und F enthält. 6. The method according to claim 5, characterized, that the superconducting material additionally has at least one element selected from the group among Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ti, Ce, S and F contains. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Material eine 123-Verbindung der allgemeinen Formel SEBa2Cu3O7-x ist, wobei SE für mindestens ein Selten-Erdelement steht, das die vorstehend angegebene Bedeutung hat und x ≤ 0,5 ist. 7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the superconducting material is a 123 compound of the general formula SEBa 2 Cu 3 O 7-x , wherein SE stands for at least one rare earth element which has the meaning given above and x is ≤ 0.5. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Förderung der Keimbildung vorgesehen ist. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that a means of promoting nucleation is provided. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Keimbildung ausgewählt ist unter einer Unebenheit auf der Trägeroberfläche und/oder geometrischen Oberflächenstrukturen. 9. The method according to claim 8, characterized, that the nucleating agent is selected from an unevenness on the carrier surface and / or geometric surface structures. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterialien mindestens zwei 211-Verbindungen der allgemeinen Formel SE2BaCuO5 verwendet werden, wobei SE die vorstehende Bedeutung hat, sowie als weiteres Ausgangsmaterial (4), das die Flüssigphase bildet, Bariumcuprat und gegebenenfalls Kupferoxid in einer Stöchiometrie eingesetzt wird, die geeignet ist, um mit mindestens einem Teil der Ausgangsmaterialien mit 211-Zusammensetzung ein supraleitendes Material auszubilden. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least two 211 compounds of the general formula SE 2 BaCuO 5 are used as starting materials, SE having the above meaning, and as further starting material ( 4 ) which forms the liquid phase, Barium cuprate and optionally copper oxide is used in a stoichiometry which is suitable for forming a superconducting material with at least some of the starting materials with a 211 composition. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigphase zusätzlich mindestens eine Komponente ausgewählt unter mindestens einem Selten-Erdelement mit der vorstehenden Bedeutung, Ag, Pt, Ce, Zn, Ca, Ba, F sowie Verbindungen dieser Elemente enthält. 11. The method according to claim 10, characterized, that the liquid phase additionally has at least one component selected from at least one rare earth element with the above Meaning, Ag, Pt, Ce, Zn, Ca, Ba, F as well as connections of these Contains items. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterialien eine Kombination aus mindestens zwei SE2BaCuO5-Verbindungen sowie eine Verbindung mit der Zusammensetzung SE'Ba2Cu3O eingesetzt wird, wobei SE' ein Seltenerdelement einschließlich Lanthan und Yttrium ist mit SE' ≠ SE, und wobei die peritektische Erstarrungstemperatur von SE'Ba2Cu3O7-x höher ist als die peritektische Erstarrungstemperatur der sich bildenden 123-Verbindungen. 12. The method according to any one of the preceding claims 10 or 11, characterized in that a combination of at least two SE 2 BaCuO 5 compounds and a compound with the composition SE'Ba 2 Cu 3 O is used as starting materials, wherein SE 'is a rare earth element including lanthanum and yttrium is with SE '≠ SE, and the peritectic solidification temperature of SE'Ba 2 Cu 3 O 7-x is higher than the peritectic solidification temperature of the 123 compounds that form. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltene Dickschicht zur Einstellung des Sauerstoffgehalts des supraleitenden Materials einer Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre unterzogen wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the thick film obtained for adjusting the oxygen content of the superconducting material of a heat treatment in one Oxygen atmosphere is subjected. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) ausgewählt ist unter einem Substrat mit einer Textur, die nicht mit der Textur des auszubildenden supraleitenden Materials korreliert, und einem Substrat ohne Textur. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the carrier material ( 1 ) is selected from a substrate with a texture that does not correlate with the texture of the superconducting material to be formed, and a substrate without texture. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) ausgewählt ist unter polykristallinem Silber und einer polykristallinen Silberlegierung. 15. The method according to claim 14, characterized in that the carrier material ( 1 ) is selected from polycrystalline silver and a polycrystalline silver alloy. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass in einer ersten Stufe ein oder mehrere erste Ausgangsmaterialien in Form der gewünschten Dickschicht (7) auf ein Trägermaterial (1) angeordnet werden, und
in einer zweiten Stufe mindestens eine geometrische Anordnung (8) aus einem zweiten Ausgangsmaterial für ein supraleitendes Material neben der Form für die Dickschicht (7) auf dem Trägermaterial (1) angeordnet wird, wobei die mindestens eine geometrische Anordnung (8) mindestens teilweise mit der Form für die Dickschicht (7) in Kontakt steht,
und als zweites Ausgangsmaterial für die geometrische Anordnung (8) ein Material gewählt wird, das ein supraleitendes Material ausbildet, das eine höhere peritektische Erstarrungstemperatur hat, als das oder die supraleitenden Materialien, die aus dem Ausgangsmaterial für die Form der Dickschicht (7) gebildet werden, und
eine Dimension der geometrischen Anordnung (8) in einer Größenordnung gewählt wird, die eine Ausrichtung der sich beim isothermen Abkühlen bildenden supraleitenden Kristalle in Richtung dieser Dimension bewirkt.
16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
that in a first stage one or more first starting materials in the form of the desired thick layer ( 7 ) are arranged on a carrier material ( 1 ), and
in a second stage, at least one geometric arrangement ( 8 ) made of a second starting material for a superconducting material is arranged on the carrier material ( 1 ) in addition to the shape for the thick layer ( 7 ), the at least one geometric arrangement ( 8 ) being at least partially with the Mold for the thick layer ( 7 ) is in contact,
and a material is selected as the second starting material for the geometric arrangement ( 8 ) which forms a superconducting material which has a higher peritectic solidification temperature than the one or more superconducting materials which are formed from the starting material for the shape of the thick layer ( 7 ) , and
a dimension of the geometrical arrangement ( 8 ) is selected in an order of magnitude which causes the superconducting crystals which form during isothermal cooling to be oriented in the direction of this dimension.
17. Biaxial texturierte supraleitende Dickschicht erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16. 17. Biaxially textured superconducting thick film available after a Method according to one of claims 1 to 16. 18. Biaxial texturierte Dickschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickschicht ein supraleitendes Material enthaltend mindestens ein Seltenerdelement mit SE ausgewählt aus der Gruppe der Seltenerdelemente einschließlich Lanthan und Yttrium, sowie Barium, Kupfer und Sauerstoff enthält und auf einem Trägermaterial (1) ausgebildet ist, dessen Textur nicht mit der Textur der Dickschicht korreliert. 18. Biaxially textured thick layer, characterized in that the thick layer contains a superconducting material containing at least one rare earth element with SE selected from the group of rare earth elements including lanthanum and yttrium, as well as barium, copper and oxygen and is formed on a carrier material ( 1 ), the Texture not correlated with the texture of the thick layer. 19. Biaxial texturierte Dickschicht nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) aus polykristallinem Silber oder einer polykristallinen Silberlegierung besteht. 19. Biaxially textured thick layer according to claim 17 or 18, characterized in that the carrier ( 1 ) consists of polycrystalline silver or a polycrystalline silver alloy. 20. Biaxial texturierte Dickschicht nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitende Dickschicht zusätzlich mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe unter Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ce, Ti, S und F enthält. 20. Biaxially textured thick film according to one of claims 17 to 19, characterized, that the superconducting thick layer additionally has at least one element selected from the group among Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Ce, Ti, S and F contains. 21. Biaxial texturierte Dickschicht nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitende Material der Dickschicht mindestens für eine Komponente der Zusammensetzung einen Konzentrationsgradienten in Richtung der biaxialen Orientierung der Kristalle aufweist. 21. Biaxially textured thick film according to one of claims 17 to 20, characterized, that the superconducting material of the thick layer at least for one Component of the composition in a concentration gradient Direction of biaxial orientation of the crystals. 22. Biaxial texturierte Dickschicht nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickschicht eine Dicke in einem Bereich von größer 5 µm und kleiner 1 mm hat. 22. Biaxially textured thick film according to one of claims 17 to 21, characterized, that the thick layer has a thickness in a range of greater than 5 μm and has less than 1 mm. 23. Struktur aus einer biaxial texturierten Dickschicht nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine geometrische Form hat, die keine gerade Linie bildet. 23. Structure from a biaxially textured thick layer according to one of the Claims 17 to 22, characterized, that the structure has a geometric shape that is not a straight line forms. 24. Struktur aus einer biaxial texturierten Dickschicht nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur ausgewählt ist unter einem Mäander, einer aufgedruckten Spule und einem Multifilament. 24. Structure from a biaxially textured thick layer according to one of the Claims 17 to 22, characterized, that the structure is selected under a meander, one printed bobbin and a multifilament. 25. Verwendung einer biaxial texturierten Dickschicht gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22 oder einer Struktur gemäß einem der Ansprüche 23 oder 24 für die Herstellung von magnetischen Lagerungen, magnetischen Abschirmungen, Stromzuführungen und Strombegrenzern; Filtern und Antennen; sowie als Keimbildner zur Herstellung von Massivmaterialien. 25. Use of a biaxially textured thick layer according to one of the Claims 17 to 22 or a structure according to any one of claims 23 or 24 for the manufacture of magnetic bearings, magnetic Shields, power supplies and current limiters; Filter and antennas; as well as a nucleating agent for the production of solid materials.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118326491B (en) * 2024-03-18 2024-12-06 西南交通大学 Method for recycling REBCO block seed crystal for growing superconducting block

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0400524A2 (en) * 1989-05-29 1990-12-05 Nkk Corporation Method for manufacturing superconducting article
EP0472159A1 (en) * 1990-08-20 1992-02-26 Energy Conversion Devices, Inc. Method of fabricating a YBaCuO superconducting epitaxial-like thin film

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2920001B2 (en) * 1991-07-15 1999-07-19 財団法人国際超電導産業技術研究センター Method for producing rare earth oxide superconductor
US5306700A (en) * 1992-09-01 1994-04-26 The Catholic University Of America Dense melt-based ceramic superconductors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0400524A2 (en) * 1989-05-29 1990-12-05 Nkk Corporation Method for manufacturing superconducting article
EP0472159A1 (en) * 1990-08-20 1992-02-26 Energy Conversion Devices, Inc. Method of fabricating a YBaCuO superconducting epitaxial-like thin film

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl. Phys. Letters, Bd. 58, 1991, S. 531-533 *
IEEE Trans., Appl. Supercond., Bd. 9, 1999, S. 1983-1985 *

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