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DE20315783U1 - Oxide superconductor thick film has a defined composition which can be applied to a surface of a substrate or a base - Google Patents

Oxide superconductor thick film has a defined composition which can be applied to a surface of a substrate or a base Download PDF

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DE20315783U1
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Dowa Mining Co Ltd
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Abstract

Oxid-Supraleiter-Dickfilm, der Bi, Pb, Sr, Ca und Cu enthält und im Wesentlichen die Zusammensetzung (Bi, Pb)2+aSr2Ca2CusOZ (worin bedeuten: 0 < a < 0,5) hat, der auf eine Oberfläche eines Substrats oder einer Basis aufgebracht werden soll, wobei keine Bruchfläche in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Substrat oder der Basis und dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm in dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm vorliegt.Oxide superconductor thick film which contains Bi, Pb, Sr, Ca and Cu and essentially has the composition (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 CusO Z (in which: 0 <a <0.5), which is to be applied to a surface of a substrate or a base, wherein there is no fracture area in the vicinity of an interface between the substrate or the base and the oxide superconductor thick film in the oxide superconductor thick film.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the Invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Oxid-Supraleiter-Dickfilm, der Bi, Pb, Sr, Ca und Cu enthält, eine hohe kritische Stromdichte und eine hohe Haftfestigkeit an einem Oxidsubstrat oder an einer Oxidbasis aufweist.The present invention relates on an oxide superconductor thick film, the Bi, Pb, Sr, Ca and Contains Cu, a high critical current density and a high adhesive strength an oxide substrate or on an oxide base.

2. Beschreibung des verwandten Stand der Technik2. Description of the related State of the art

Ein Oxidsubstrat oder eine Oxidbasis, wie z.B. MgO, Aluminiumoxid oder YSZ, oder ein Metallsubstrat oder eine Metallbasis wie z.B. Ag, Au, Pt oder Ni, wird hergestellt zusammen mit einem Oxid-Supraleiter in Form eines dicken Films (Dickfilms) zur Entwicklung einer Vielzahl von Anwendungsprodukten.An oxide substrate or base, such as. MgO, aluminum oxide or YSZ, or a metal substrate or a metal base such as Ag, Au, Pt or Ni is made together with an oxide superconductor in the form of a thick film (thick film) to develop a variety of application products.

Als Verfahren zur Bildung dieses Oxid-Supraleiters in Form eines Films wird eine Methode angewendet, bei der ein Oxid-Supraleiter-Pulver, dem ein geeignetes organisches Bindemittel zugesetzt wird, zu einer Paste geformt wird, die anschließend auf das Substrat oder die Basis aufgebracht wird unter Anwendung eines Siebdruckverfahrens, eines Rakelaufstreichvertahrens, eines Sprühverfahrens oder dgl., und gebrannt wird, um dadurch einen polykristallinen Oxid-Supraleiter-Dickfilm zu bilden.As a method of forming this Oxide superconductor in the form of a film, a method is used where an oxide superconductor powder, which is a suitable organic Binder is added, is formed into a paste, which is then applied the substrate or base is applied using a Screen printing process, a doctor blade coating process, a spray process or The like, and is fired to thereby form a polycrystalline oxide superconductor thick film to build.

Diese Methode der Bildung des Oxid-Supraleiter-Dickfilms unter Verwendung einer Oxid-Supraleiter-Paste weist sehr niedrige Herstellungskosten auf, d.h., sie hat den Vorteil, dass kein teures Einkristall-Substrat und keine groß dimensionierte und teure Vorrichtung erforderlich ist, die ein Hochvakuumsystem erfordert, wie z.B. PVD, CVD oder dgl., und daher wird diese als Methode angesehen, die in der Praxis am leichtesten anzuwenden ist.This method of forming the oxide superconductor thick film using an oxide superconductor paste exhibits very low Manufacturing costs, i.e. it has the advantage that it is not expensive Single crystal substrate and not a large and expensive device that requires a high vacuum system, e.g. PVD, CVD or the like, and therefore it is regarded as a method which is described in is the easiest to apply in practice.

Wenn das Aufbringen dieses Oxid-Supraleiter-Dickfilms auf ein praktisches Produkt in Betracht gezogen wird, ist die Verwendung eines Dickfilms, der (Bi, Pb)2+aSr2Ca2Cu3Oz (wobei im Allgemeinen 0 < a < 0,5) (nachstehend als Dickfilm auf Bi2223-Basis bezeichnet) als ein Oxid-Supraleiter-Dickfilm-Material enthält, vielversprechend von den beiden Perspektiven der geforderten supraleitenden Eigenschaften und der Herstellungskosten einschließlich der Ausgangsmaterialien und der Herstellungsverfahren aus betrachtet.When considering the application of this oxide superconductor thick film to a practical product, the use of a thick film is (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 Cu 3 O z (generally 0 <a <0 , 5) (hereinafter referred to as Bi2223-based thick film) as an oxide superconductor thick film material, promisingly viewed from the two perspectives of the required superconducting properties and the manufacturing cost including the raw materials and the manufacturing processes.

Ein Verfahren zur Herstellung des Dickfilms auf Bi2223-Bais wird nachstehend erläutert.A method of making the Thick films on Bi2223 bases are explained below.

Zuerst wird eine supraleitfähige Paste auf Bi-Basis auf eine Oxidbasis, wie z.B. MgO, Aluminiumoxid oder YSZ, unter Anwendung eines Siebdruckverfahrens, eines Rakelaufstreichverfahrens, eines Sprühverfahrens oder dgl. aufgebracht. In dieser Stufe weist ein Oxid-Supraleiter-Pulver in der supraleitfähigen Paste auf Bi-Basis, die auf die Basis aufgebracht worden ist, eine (Bi, Pb)2Sr2Ca1Cu2Oz-Phase (nachstehend als Bi2212-Phase bezeichnet), deren kritische Temperatur zwischen Tc und etwa 80 K liegt, als Hauptphase auf und es weist nicht die (Bi, Pb)2+aSr2Ca2Cu3Oz-Phase auf (nachstehend als Bi2223-Phase bezeichnet), deren kritische Temperatur zwischen Tc und etwa 110 K liegt. Dieses Oxid-Supraleiter-Pulver ist eine Multiphase, die außerdem eine zwischenzeitlich (als Zwischenprodukt) gebildete Phase umfasst, wie z.B. Ca2PbO4, CaCuO2 oder CuO.First, a bi-based superconductive paste is applied to an oxide base such as MgO, alumina or YSZ using a screen printing method, a doctor blade coating method, a spraying method or the like. At this stage, an oxide superconductor powder in the Bi-based superconductive paste which has been applied to the base has a (Bi, Pb) 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O z phase (hereinafter referred to as Bi2212 phase ), whose critical temperature is between Tc and about 80 K, as the main phase and does not have the (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 Cu 3 O z phase (hereinafter referred to as Bi2223 phase), whose critical temperature is between Tc and about 110 K. This oxide superconductor powder is a multiphase which also comprises a phase which has been formed in the meantime (as an intermediate), such as, for example, Ca 2 PbO 4 , CaCuO 2 or CuO.

Dann wird die supraleitfähige Paste auf Bi-Basis wärmebehandelt, sodass eine Reaktion zwischen der (Bi, Pb)2Sr2Ca1Cu2Oz- und der als Zwischenprodukt gebildeten Phase auftritt unter Bildung der (Bi, Pb)2+aSr2Ca2Cu3Oz-Phase und auf diese Weise wird die Bi2223-Phase aus der Bi2212-Phase und der zwischenzeitlich gebildeten Phase gebildet. Als Ergebnis wrid auf der Oxidbasis ein Oxid-Supraleiter-Dickfilm gebildet, der die Bi2223-Phase mit einer hohen kritischen Temperatur enthält.Then the Bi-based superconductive paste is heat-treated so that a reaction between the (Bi, Pb) 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O z - and the intermediate phase occurs to form the (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 Cu 3 O z phase and in this way the Bi2223 phase is formed from the Bi2212 phase and the phase formed in the meantime. As a result, an oxide superconductor thick film containing the Bi2223 phase with a high critical temperature is formed on the oxide base.

Obgleich es wichtig ist, eine hohe kritische Temperatur zu haben, wenn der Oxid-Supraleiter-Dickfilm auf ein praktisches Produkt aufgebracht wird, ist es auch erforderlich, eine hohe kritische Stromdichte aufzuweisen (nachstehend als Jc bezeichnet). Wenn der Oxid-Supraleiter-Dickfilm auf ein praktisches Produkt aufgebracht wird, ist außerdem eine Jc von mehr als 5 000 A/cm2 erforderlich.Although it is important to have a high critical temperature when the oxide superconductor thick film is applied to a practical product, it is also necessary to have a high critical current density (hereinafter referred to as Jc). In addition, when the oxide superconductor thick film is applied to a practical product, a Jc of more than 5,000 A / cm 2 is required.

Um eine Jc von mehr als 5000 A/cm2 unter Verwendung eines Dickfilms, der die oben genannte Bi2223-Phase enthält (nachstehend als Bi2223-Dickfilm bezeichnet), zu erzielen, werden im Allgemeinen plättchenförmige Kristalle mit großen ab-Flächen und kurzen c-Achsen, die typisch für den Oxid-Supraleiter auf Bi-Basis sind, in geeigneter Weise orientiert, um ihre ab-Flächen, auf denen ein Supraleiterstrom leicht fließt, in der Leitungsrichtung auszurichten. Infolgedessen wird zum Ausrichten der plättchenförmigen Kristalle in der Leitungsrichtung ein Kompressionsarbeitsgang angewendet, bei dem eine CIP (kalte isostatische Presse) oder eine HIP (heiße isostatische Presse) verwendet wird.In order to achieve a Jc of more than 5000 A / cm 2 using a thick film containing the above-mentioned Bi2223 phase (hereinafter referred to as Bi2223 thick film), platelet-shaped crystals with large ab-areas and short c- Axes that are typical of the bi-based oxide superconductor are appropriately oriented to align their ab-surfaces on which a superconductor current flows easily in the direction of conduction. As a result, a compression operation using a CIP (cold isostatic press) or a HIP (hot isostatic press) is used to align the platelet-shaped crystals in the direction of conduction.

Aber selbst mit dem hohen Jc, der erreicht wird durch Anwendung dieses Kompressionsarbeitsganges kann dann, wenn eine wesentliche Querschnittsfläche des Dickfilms, auf dem der supraleitende Strom fließt, klein ist, kein aus reichender Gesamtwert für den Supraleiterstrom erzielt werden und ist somit für die praktische Verwendung nicht geeignet. Es ist daher erforderlich, einen Bi2223 Dickfilm so zu gestalten, dass die Querschnittsfläche für einen geeigneten kritischen Stromwert (Ic) sichergestellt ist.But even with the high Jc that can be achieved by using this compression operation then when a substantial cross-sectional area of the thick film on which the superconducting current flows, is small, no sufficient total value for the superconductor current is achieved and is therefore for the practical use is not suitable. It is therefore necessary to design a Bi2223 thick film so that the cross-sectional area for one suitable critical current value (Ic) is ensured.

Die folgenden Verfahren werden daher normalerweise durchgeführt zur Bildung eines Oxid-Supraleiter-Dickfilms mit einem hohen Jc-Wert und einem hohen kritischen Stromwert auf einer Basis.The following procedures are therefore usually done to form an oxide superconductor thick film with a high Jc value and a high critical current value on a basis.

Das Patent-Dokument 1 wird hier als ein Beispiel angeführt.Patent Document 1 is here called given an example.

  • 1. Eine Oxid-Supraleiter-Paste auf Bi-Basis wird auf eine in geeigneter Weise ausgewählte Oxidbasis aufgebracht, sodass sie eine größere Dicke als eine vorgegebene Filmdicke hat.1. A bi-based oxide superconductor paste is applied to a appropriately selected Oxide base applied so that it has a greater thickness than a predetermined Film thickness.
  • 2. Die Oxidbasis mit der darauf aufgebrachten Oxid-Supraleiter-Paste auf Bi-Basis wird einem ersten Brennen unterzogen.2. The oxide base with the oxide superconductor paste applied to it is based on bi subjected to a first burning.
  • 3. Nach dem ersten Brennen wird die Oxidbasis in eine CIP gelegt und darin gepresst.3. After the first firing, the oxide base is placed in a CIP and pressed into it.
  • 4. Das Brennen in der Stufe 2 und das Pressen in der Stufe 3 werden mit einer ausreichenden Häufigkeit wiederholt. Nachdem das letzte Brennen beendet ist, erhält man eine Oxidbasis mit einem darauf aufgebrachten Bi2223-Dickfilm.4. Burning in the stage 2 and pressing in the stage 3 are repeated with a sufficient frequency. After the last firing is finished, an oxide base with a Bi2223 thick film applied is obtained.

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-358 298.Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-358 298.

In dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Bi2223 Dickfilms nach dem Stand der Technik tritt häufig eine Ablösung des Dickfilms von einer Oxidbasis in der Mitte eines Filmbildungsverfahrens auf, wodurch die Verfahrensausbeute erniedrigt und damit die Produktivität herabgesetzt wird.In the method for Production of a Bi2223 thick film occurs according to the prior art frequently a replacement the thick film from an oxide base in the middle of a film forming process on, which lowers the process yield and thus reduces productivity becomes.

Dieses Ablösungsphänomen tritt üblicherweise während des Brennens oder nach einem CIP auf, insbesondere während des ersten Brennens oder nach dem ersten CIP. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Untersuchungen über dieses Ablösungsphänomen des Dickfilms von der Oxidbasis durchgeführt und dann das folgende gefunden.This detachment phenomenon usually occurs while burning or after a CIP, especially during the first burning or after the first CIP. The inventors of the present Invention have studies on this detachment phenomenon of Thick film is carried out from the oxide base and then found the following.

Erstens ist die Ablösung während des Brennens zurückzuführen auf:First is the detachment during the Burning attributed to:

  • 1. einen Unterschied in Bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten (lineare Ausdehnung) zwischen einer Oxidebasis und einem Supraleiter,1. a difference in the coefficient of thermal expansion (linear expansion) between an oxide base and a superconductor,
  • 2. eine räumliche Volumen-Änderung als Folge einer Ausdehnung des gesamten Dickfilms, die gleichzeitig mit einer Umwandlung einer Kristallstruktur auftritt unter Bildung einer Phase mit hohem Tc-Wert aus einer Phase mit niedrigem Tc-Wert und einer zwischenzeitlich gebildeten Phase,2. a spatial Volume change as a result of an expansion of the entire thick film that coincides with transformation of a crystal structure occurs to form a High Tc phase from a low Tc phase and an intermediate phase,

Insbesondere der Einfluss des Faktors 2 ist während des ersten Brennens dominant und er wird daher als eine Hauptursache für das häufige Auftreten einer Ablösung während des Brennens angesehen.In particular the influence of the factor 2 is dominant during the first burn and is therefore considered a major cause of the frequent occurrence of peeling during the burn.

Als nächstes ist die Ablösung nach einem CIP zurückzuführen auf:Next is the replacement after attributed to a CIP:

  • 3. ein Kraft-Phänomen in einer solchen Richtung, dass sich ein Dickfilm von einer Oxidbasis ablöst. Diese Kraft entsteht als Folge einer verbliebenen Spannung im Innern des Dickfilms, wenn der Dickfilm und die Oxidbasis, die den darauf aufgebrachten Dickfilm aufweist, mit einem vorgegebenen isostatischen Druck (0,5 bis 3,0 t/cm2) komprimiert werden und danach die restliche Spannung aufgelöst wird, wobei der oben genannte Effekt auftritt, wenn der Dickfilm und das Oxid dekomprimiert werden. Außerdem beeinflusst dieses Kraft-Phänomen hauptsächlich eine Oxidbasis mit einer zylindrischen Gestalt.3. a force phenomenon in such a direction that a thick film separates from an oxide base. This force arises as a result of a residual tension inside the thick film when the thick film and the oxide base, which has the thick film applied thereon, are compressed with a predetermined isostatic pressure (0.5 to 3.0 t / cm 2 ) and then the residual voltage is released, the above-mentioned effect occurring when the thick film and the oxide are decompressed. In addition, this force phenomenon mainly affects an oxide base with a cylindrical shape.

Die Erfinder der vorliegende Erfindung haben eine Analyse des auf eine Basis nach dem Stand der Technik aufgebrachten Bi2223 Dickfilms durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Analyse werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 7 erläutert. Die 7 zeigt eine optische Mikrofotografie eines Quer schnitts des auf eine MgO-Basis aufgebrachten Bi2223 Dickfilms nach dem Stand der Technik.The inventors of the present invention have carried out an analysis of the Bi2223 thick film applied on a prior art basis. The results of this analysis are described below with reference to the 7 explained. The 7 shows an optical microphotograph of a cross section of the MgO-based Bi2223 thick film according to the prior art.

In der 7 bezeichnet die Bezugsziffer 51 den Querschnitt der MgO-Basis, die Bezugsziffer 59 bezeichnet der Querschnitt des Bi2223 Dickfilms nach dem Stand der Technik und die Bezugsziffer 53 bezeichnet eine Grenzfläche zwischen der MgO-Basis 51 und dem Bi2223 Dickfilm 59. Bei einer detaillierten Betrachtung der 7 ist zu erkennen, dass eine Bruchfläche 58 in einem Bereich von etwa 2 bis 10 μm ab der Grenzfläche 53 in dem Bi2223 Dickfilm 59 entstanden ist. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben außerdem ähnliche Analysen mit einer großen Anzahl von Bi2223 Dickfilmen nach dem Stand der Technik durchgeführt und gefunden, dass eine Bruchfläche in einem Oxid-Supraleiter-Dickfilm nicht nur dann vorliegt, wenn sich ein Oxid-Supraleiter-Dickfilm von einer Oxidbasis in der Mitte eines Herstellungsvertahrens ablöst, sondern auch dann, wenn der Dickfilm sich von der Oxidbasis nicht ablöst.In the 7 denotes the reference number 51 the cross section of the MgO base, the reference number 59 denotes the cross section of the Bi2223 thick film according to the prior art and the reference number 53 denotes an interface between the MgO base 51 and the Bi2223 thick film 59 , Looking at the 7 it can be seen that a fractured surface 58 in a range of about 2 to 10 μm from the interface 53 in the Bi2223 thick film 59 arose. The inventors of the present invention have also performed similar analyzes on a large number of prior art Bi2223 thick films and found that a fracture surface in an oxide superconductor thick film is not only present when an oxide superconductor thick film differs from one Oxide base in the middle of a manufacturing process, but also when the thick film does not separate from the oxide base.

Wenn eine Bruchfläche verhältnismäßig groß ist, löst sich ein Oxid-Supraleiter-Dickfilm während des Brennens oder während einer CIP-Kompression in der Mitte eines Herstellungsverfahrens von einer Oxidbasis ab. Wenn die Bruchfläche klein ist, löst sich der Oxid-Supraleiter-Dickfilm in der Mitte eines Herstellungsverfahres von der Oxidbasis nicht ab. Die Bruchfläche entwickelt jedesmal jedoch einen thermischen oder mechanischen Schock, der auf den Oxid-Supraleiter-Dickfilm einwirkt, der schließlich zur Ablösung des Oxid-Supraleiter-Dickfilmsführt.If a fracture area is relatively large, an oxide superconductor thick film dissolves during the Burning or during a CIP compression in the middle of a manufacturing process of an oxide base. If the fracture area is small, it will come loose the oxide superconductor thick film in the middle of a manufacturing process does not depend on the oxide base. However, the fracture surface develops every time a thermal or mechanical shock applied to the oxide superconductor thick film who finally acts for replacement of the oxide superconductor thick film.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Aus den vorstehend angegebenen Ergebnissen der Untersuchung ergibt sich das Problem, das die vorliegende Erfindung löst, nämlich die Bereitstellung eines Bi2223 Dickfilms, der sich nicht ablöst, wenn ein thermischer oder mechanischer Schock auf eine Basis oder einen Oxid-Supraleiter-Dickfilm in der Mitte eines Herstellungsverfahrens und in einem Verfahren zur Herstellung desselben einwirkt.From the results given above The investigation poses the problem of the present invention solves, namely the Providing a Bi2223 thick film that does not peel off when a thermal or mechanical shock on a base or one Oxide superconductor thick film in the middle of a manufacturing process and acts in a process for producing the same.

Ein erstes Mittel zur Lösung des oben genannten Problems ist ein Oxid-Supraleiter-Dickfilm, der Bi, Pb, Sr, Ca und Cu enthält und im Wesentlichen die Zusammensetzung (Bi, Pb)2+aSr2Ca2Cu3Oz (wobei 0 < a < 0,5) hat, der auf eine Oberfläche eines Substrats oder einer Basis aufgebracht werden soll, wobei keine Bruchfläche in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Substrat oder der Basis und dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm in dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm vorliegt.A first means of solving the above problem is an oxide superconductor thick film which contains Bi, Pb, Sr, Ca and Cu and essentially has the composition (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 Cu 3 O z ( where 0 <a <0.5) to be applied to a surface of a substrate or a base, with no fracture surface near an interface between the substrate or the base and the Oxide superconductor thick film is present in the oxide superconductor thick film.

Die Existenz der Bruchfläche kann beispielsweise bestätigt werden durch Zerschneiden einer Basis, die einen darauf aufgebrachten Oxid-Supraleiter-Dickfilm aufweist, an mehreren beliebigen Stellen unter Verwendung einer Diamant-Schneideeinrichtung oder dgl. in der Weise, dass Querschnitte der Basis und des Dickfilms freigelegt werden und dann diese Querschnitte unter Verwendung eines optischen Mikroskops betrachtet werden. Wenn keine Bruchfläche in diesen Querschnitten festzustellen ist, kann im Allgemeinen daraus hergeleitet werden, dass keine Bruchfläche über den gesamten Oxid-Supraleiter-Dickfilm existiert. In einem Bi2223 Dickfilm mit der oben genannten Zusammensetzung gibt es keine Bruchfläche über den gesamten Dickfilm, sodass eine Ablösung des Dickfilms von dem Substrat oder von der Basis verhindert werden kann, wenn ein Erhitzen, ein Abkühlen, ein Komprimieren oder ein mechanischer Schock auf das Substrat, die Basis oder den Oxid-Supraleiter-Dickfilm in der Mitte eines Herstellungsprozesses oder nach dem Herstellungsprozess einwirken gelassen wird.The existence of the fracture surface can for example confirmed are made by cutting a base that has one attached to it Oxide superconductor thick film has, in several arbitrary places using a Diamond cutting device or the like. In such a way that cross-sections the base and thick film are exposed and then these cross sections can be viewed using an optical microscope. If no broken surface in these cross sections can generally be determined from this that no fracture surface is derived over the entire oxide superconductor thick film exist. In a Bi2223 thick film with the above composition there is no fracture surface over the entire thick film, so that a detachment of the thick film from the Substrate or from the base can be prevented if heating, a cooling, compression or mechanical shock on the substrate, the base or the oxide superconductor thick film in the middle of a manufacturing process or after the manufacturing process is left to act.

Ein Oxid-Supraleiter-Dickfilm kann in der Weise hergestellt werden, in dem ein Oxid-Supraleiter-Dickfilm, der Bi, Pb, Sr, Ca und Cu enthält, auf einer Oberfläche eines Substrats oder einer Basis gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst die Bildung eines ersten Dickfilms, der im Wesentlichen die Zusammensetzung Bi2Sr2Ca1Cu2Oz hat, auf der Oberfläche des Substrats oder der Basis und die anschließende Bildung eines Oxid-Supraleiter-Dickfilms, der im Wesentlichen die Zusammensetzung (Bi, Pb)2+aSr2Ca2Cu3Oz (worin bedeutent 0 < a < 0,5) hat, auf dem ersten Dickfilm.An oxide superconductor thick film can be manufactured by forming an oxide superconductor thick film containing Bi, Pb, Sr, Ca and Cu on a surface of a substrate or a base, the method comprising Formation of a first thick film, which essentially has the composition Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O z , on the surface of the substrate or the base and the subsequent formation of an oxide superconductor thick film, which essentially has the composition (Bi, Pb ) 2 + a Sr 2 Ca 2 Cu 3 O z (where significant 0 <a <0.5) on the first thick film.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Bi2223 Dickfilms mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung kann leicht ein Bi2223 Dickfilm gebildet werden, in dem keine Bruchfläche vorhanden ist.In the manufacturing process of the Bi2223 thick film with the above composition a Bi2223 thick film can easily be formed in which there is no fracture surface is.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

1 stellt ein Verfahrens-Fließschema dar, das die Stufen der Bildung eines erfindungsgemäßen Oxid-Supraleiter-Dickfilms zeigt; 1 Fig. 4 is a process flow diagram showing the steps of forming an oxide superconductor thick film according to the invention;

2 stellt ein Verfahrens-Fließschema dar, das Beispiele für die Stufen zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Oxid-Supraleiter-Paste zeigt; 2 Fig. 3 is a process flow diagram showing examples of the steps for producing an oxide superconductor paste according to the present invention;

3 zeigt eine optische Mikrofotografie eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen Oxid-Supraleiter-Dickfilms; 3 shows an optical microphotograph of a cross section of an oxide superconductor thick film according to the invention;

4 zeigt eine optische Mikrofotografie eines anderen Querschnitts des erfindungsgemäßen Oxid-Supraleiter-Dickfilms; 4 shows an optical microphotograph of another cross section of the oxide superconductor thick film according to the invention;

5A bis 5F stellen Diagramme dar, welche die Analysenergebnisse bei Anwendung eines EPMA auf den erfindungsgemäßen Oxid-Supraleiter-Dickfilms zeigen; 5A to 5F are diagrams showing the analysis results when an EPMA is applied to the oxide superconductor thick film of the present invention;

6A bis 6D stellen Diagramme dar, welche die Analysenergebnisse bei Anwendung einer XRD auf den erfindungsgemäßen Oxid-Supraleiter-Dickfilm zeigen; und 6A to 6D are diagrams showing the analysis results when an XRD is applied to the oxide superconductor thick film of the present invention; and

7 zeigt eine optische Mikrofotografie eines Querschnitts eines Oxid-Supraleiter-Dickfilms nach dem Stand der Technik. 7 shows an optical microphotograph of a cross section of an oxide superconductor thick film according to the prior art.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformendetailed Description of the preferred embodiments

Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.An embodiment is as follows of the present invention with reference to the drawings explained in more detail.

1 zeigt ein Fließdiagramm, das die Stufen der Bildung eines erfindungsgemäßen Oxid-Supraleiter-Dickfilms auf einem Substrat oder einer Basis (Unterlage) zeigt, wobei beispielsweise eine zylindrische MgO-Basis als Unterlage verwendet wird. Zuerst werden die Stufen der Herstellung des Oxid-Supraleiter-Dickfilms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 erläutert. 1 Fig. 11 is a flowchart showing the steps of forming an oxide superconductor thick film of the present invention on a substrate or a base, using, for example, a cylindrical MgO base as the base. First, the steps of manufacturing the oxide superconductor thick film according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG 1 explained.

Beispielsweise wird ein Substrat oder eine Basis (nachstehend als Basis bezeichnet) 3 aus Keramik und dgl. hergestellt. Eine Oxid-Supraleiter-Paste, die ein Mischungsverhältnis der Bi2212-Zusammensetzung (nachstehend als Bi2212-Paste bezeichnet) 1 aufweist, wird auf die Basis 3 aufgebracht und getrocknet (ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für diese Bi2212-Paste 1 wird weiter unten beschrieben). Nach Beendigung des Trocknens wird die Basis 3 mit der darauf aufgebrachten Bi2212-Paste 1 in der Atmosphäre 10 bis 30 min lang auf 880 bis 885 °C erhitzt und die Bi2212-Paste 1 wird bei einer Temperatur in der Nähe ihres Schmelzpunktes gebrannt. Die bei einer Temperatur in der Nähe ihres Schmelzpunktes gebrannte Bi2212-Paste 1 liegt dann teilweise im geschmolzenen Zustand vor. Als Folge davon liegt die Basis 3 in einem Zustand vor, bei dem eine teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht 4, die im Wesentlichen die Zusammensetzung Bi2Sr2Ca1Cu2Oz hat, als erster Dickfilm gebildet wird.For example, a substrate or a base (hereinafter referred to as a base) 3 is made of ceramics and the like. An oxide superconductor paste having a mixing ratio of the Bi2212 composition (hereinafter referred to as Bi2212 paste) 1 is made on the base 3 applied and dried (a preferred manufacturing process for this Bi2212 paste 1 is described below). After drying is complete, the base 3 with the Bi2212 paste applied to it 1 in the atmosphere 10 heated to 880 to 885 ° C for up to 30 min and the Bi2212 paste 1 is fired at a temperature near its melting point. The Bi2212 paste fired at a temperature close to its melting point 1 is then partially in the molten state. As a result, the basis lies 3 in a state where a partially melted Bi2212 layer 4 , which essentially has the composition Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 O z , is formed as the first thick film.

Dann wird eine Oxid-Supraleiter-Paste mit einem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung (nachstehend als Bi2223-Paste bezeichnet) 2 auf diese Basis 3 aufgebracht, auf welcher die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht 4 gebildet worden ist, und getrocknet (ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung dieser Bi2223-Paste 2 wird weiter unten beschrieben). Nach Beendigung des Trocknens wird die Basis 3 mit der darauf aufgebrachten Bi2223-Paste 2 an der Atmosphäre 50 bis 100 h lang auf 830 bis 860 °C erhitzt und die Bi2223-Paste 2 wird gebrannt. Die Basis 3, welche die gebrannte Bi2223-Paste 2 darauf aufweist, wird unter Verwendung einer CIP (einer kalten isostatischen Presse) bei einem Druck von 2 bis 3 c/cm2 komprimiert und danach werden das Brennen und das Komprimieren für eine vorgegebene Häufigkeit wiederholt. Nach dem letzten Brennen wird die Oxidbasis 3, die einen darauf gebildeten Bi2223 Dickfilm 5 aufweist, erhalten.Then, an oxide superconductor paste having a mixing ratio of the Bi2223 composition (hereinafter referred to as Bi2223 paste) 2 is made on this basis 3 applied, on which the partially melted Bi2212 layer 4 and dried (a preferred method of making this Bi2223 paste 2 is described below). After drying is complete, the base 3 with the Bi2223 paste applied to it 2 in the atmosphere 50 heated to 830 to 860 ° C for up to 100 h and the Bi2223 paste 2 is burned. The base 3 which the fired Bi2223 paste 2 on it is compressed using a CIP (a cold isostatic press) at a pressure of 2 to 3 c / cm 2, and then the burning and compressing repeated for a predetermined frequency. After the last firing, the oxide base 3 that have a Bi2223 thick film formed on it 5 has received.

Als nächstes werden die oben genannten Stufen zur Herstellung der Basis 3 mit dem darauf gebildeten gewünschten Oxid-Supraleiter-Dickfilm 5 im Detail erläutert.Next are the above steps for making the base 3 with the desired oxide superconductor thick film formed thereon 5 explained in detail.

Zuerst kann eine zylindrische Basis oder ein plattenförmiges Substrat, hergestellt aus einem Keramikmaterial wie z.B. MgO, Aluminiumoxid oder YSZ, oder einem Material, wie z.B. Ag, Au, Pt oder Ni, als Basis 3 verwendet werden, sodass ein Material mit einer ausreichenden Qualität, Form und Größe je nach dem Endverwendungszweck des Herstellers ausgewählt werden kann. Vom Standpunkt einer niedrigen Reaktionsfähigkeit und einer hohen Haftfähigkeit (einer hohen Bindungsfestigkeit) aus betrachtet ist jedoch das MgO ein bevorzugtes Material für die Basis 3.First, a cylindrical base or a plate-shaped substrate made of a ceramic material such as MgO, alumina or YSZ, or a material such as Ag, Au, Pt or Ni, as a base 3 be used so that a material of sufficient quality, shape and size can be selected depending on the end use of the manufacturer. However, from the standpoint of low reactivity and high adhesiveness (high bond strength), MgO is a preferred material for the base 3 ,

Zum Aufbringen der Bi2212-Paste 1 auf die Basis 3 kann ein Verfahren, wie z.B. ein Aufbürst-, Eintauch- oder Sprühverfahren angewendet werden. Das Aufsprühen ist ein bevorzugtes Verfahren zum wirksamen Aufbringen auf eine große Fläche.For applying the Bi2212 paste 1 to the base 3 For example, a method such as brushing, dipping, or spraying can be used. Spraying is a preferred method of effectively applying to a large area.

Wenn die Bi2212-Paste 1 auf die Basis 3 aufgebracht wird, beträgt die bevorzugte Filmdicke 10 bis 100 μm. Eine Filmdicke von mehr als 10 μm ist bevor zugt, weil dadurch eine partielle Ungleichmäßigkeit verhindert werden kann, sodass eine gleichmäßige Bindungsfestigkeit, wie nachstehend angegeben, erzielt werden kann. Andererseits ist eine Filmdicke von weniger als 100 μm bevorzugt, weil ein Bi2212-Film mit der Bi2223-Paste in einem nachträglich durchgeführten Verfahren, wie nachstehend beschrieben, in zufriedenstellender Weise reagiert.If the Bi2212 paste 1 to the base 3 the preferred film thickness is applied 10 up to 100 μm. A film thickness of more than 10 μm is preferred because it can prevent partial non-uniformity, so that a uniform bond strength can be obtained as shown below. On the other hand, a film thickness of less than 100 μm is preferred because a Bi2212 film with the Bi2223 paste reacts satisfactorily in a post-process as described below.

Nachdem die Bi2212-Paste 1 auf die Basis 3 aufgebracht und ausreichend getrocknet worden ist, wird sie in der Atmosphäre auf 880 bis 885 °C erhitzt, 10 bis 30 min lang gebrannt und dann wieder auf Raumtemperatur kommen gelassen. Da die Temperatur in der Atmosphäre in der Nähe des Schmelzpunktes des Bi2212-Films liegt, wird der aufgebrachte Bi2212-Film teilweise geschmolzen, sodass die Basis 3 in einem Zustand vorliegt, in dem eine teilweise geschmolzene Schicht 4 aus Bi2212 darauf vorliegt. Die Filmdicke der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht beträgt etwa 40 μm.After the Bi2212 paste 1 to the base 3 applied and sufficiently dried, it is heated in the atmosphere to 880 to 885 ° C, baked for 10 to 30 minutes and then allowed to come back to room temperature. Since the temperature in the atmosphere is near the melting point of the Bi2212 film, the applied Bi2212 film is partially melted, so that the base 3 is in a state in which a partially melted layer 4 from Bi2212 is present on it. The film thickness of the partially melted Bi2212 layer is approximately 40 μm.

Anschließend wird die Bi2223-Paste 2 auf die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht 4, die auf der Basis 3 vorliegt, aufgebracht. Das Auftragsverfahren kann das gleiche sein wie das für die oben genannte Bi2212-Paste 1 angewendete Auftragsverfahren. Diesmal ist die Filmdicke vorzugsweise umso besser je dicker sie ist, vorzugsweise beträgt sie mehr als 200 μm.Then the Bi2223 paste 2 on the partially melted Bi2212 layer 4 that are based 3 is present, applied. The application process can be the same as that for the above Bi2212 paste 1 applied order process. This time the film thickness is preferably the better the thicker it is, preferably it is more than 200 μm.

Nachdem die Bi2223-Paste 2 auf die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht 4 aufgebracht und ausreichend getrocknet worden ist, wird sie in der Atmosphäre auf 830 bis 860 °C, vorzugsweise 835 bis 850 °C, erhitzt, 50 bis 100 h lang gebrannt und wieder auf Raumtemperatur kommen gelassen. Dann wird die gesamte Basis in die CIP eingeführt und bei einem Druck von 2 bis 3 t/cm2 komprimiert. Durch diese Kompression wird die Dichte die plattenförmigen Kristalle aus (Bi, Pb)2+aSr2Ca2Cu3Oz, die beim Brennen gebildet worden ist, von weniger als 3 auf mehr als 4 erhöht. Die Jc wird ebenfalls erhöht von etwa 100 A/cm2 auf etwa 5000 A/cm2, weil die plattenförmigen Kristalle in geeigneter Weise orientiert werden, sodass ihre ab-Flächen auf die Leitungsrichtung ausgerichtet sind, in der ein Supraleiter-Strom leicht fließt.After the Bi2223 paste 2 on the partially melted Bi2212 layer 4 applied and sufficiently dried, it is heated in the atmosphere to 830 to 860 ° C, preferably 835 to 850 ° C, baked for 50 to 100 hours and allowed to come back to room temperature. Then the entire base is inserted into the CIP and compressed at a pressure of 2 to 3 t / cm 2 . This compression increases the density of the plate-shaped crystals of (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 Cu 3 O z , which was formed during firing, from less than 3 to more than 4. The Jc is also increased from about 100 A / cm 2 to about 5000 A / cm 2 because the plate-shaped crystals are appropriately oriented so that their ab-faces are aligned with the direction of conduction in which a superconductor current flows easily.

Nach Beendigung des Komprimierens wird die gesamte Basis aus der CIP entnommen, erneut in der Atmosphäre auf 830 bis 860 °C, vorzugsweise 835 bis 850 °C erhitzt, 50 bis 100 h lang gebrannt und wieder auf Raumtemperatur kommen gelassen. Als Ergebnis wurde ein gesinterter Film 5 aus Bi2223, aufgebracht auf die Basis 3, erhalten. Außerdem löste sich der bei den oben genannten Verfahrensstufen erhaltene gesinterte Film aus Bi2223 nicht von der Basis 3 ab.After compression is complete, the entire base is removed from the CIP, reheated in the atmosphere to 830 to 860 ° C, preferably 835 to 850 ° C, baked for 50 to 100 hours and allowed to come back to room temperature. As a result, a sintered film 5 made of Bi2223, applied to the base 3 , receive. In addition, the Bi2223 sintered film obtained in the above-mentioned process steps did not detach from the base 3 from.

Es wurden Struktur-Untersuchungen in Bezug auf den gesinterten Film aus Bi2223 und dgl., der sich von der Basis 3 nicht ablöste, vorgenommen und die festgestellten Ergebnisse werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.Structural studies have been carried out in relation to the sintered film made of Bi2223 and the like, which is from the base 3 undetected, and the results obtained are explained below with reference to the drawings.

Die 3 zeigt eine optische Mikrofotografie einer Querschnittsstruktur einer teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht 54, die in der 1 mit der Bezugsziffer 4 versehen ist, die auf einer MgO-Basis 51 auf einer Grenzfläche 55 gebildet worden war.The 3 shows an optical microphotograph of a cross-sectional structure of a partially melted Bi2212 layer 54 that in the 1 with the reference number 4 is provided on an MgO basis 51 on an interface 55 had been formed.

Die 4 zeigt eine optische Mikrofotografie einer Querschnittsstruktur eines gesinterten Bi2223-Films 52, der in der 1 mit der Bezugsziffer 5 versehen ist, der sich auf der Basis 51 auf der Grenzfläche 55 und der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht 54 gebildet hatte.The 4 shows an optical microphotograph of a cross-sectional structure of a sintered Bi2223 film 52 , the Indian 1 with the reference number 5 is provided, which is based on 51 on the interface 55 and the partially melted Bi2212 layer 54 had formed.

Die 5A bis 5F zeigen die Ergebnisse einer Linien-Analyse jedes Aufbauelements in Richtung der Filmdicke unter Anwendung eines EPMA, der mit dem in 4 dargestellten gesinterten Bi2223-Film durchgeführt wurde von der Oberfläche bis zu Basis.The 5A to 5F show the results of a line analysis of each structural element in the direction of film thickness using an EPMA that matches that in 4 The sintered Bi2223 film shown was carried out from the surface to the base.

Die 6A bis 6D stellen Diagramme dar, welche die Ergebnisse von Röntgenbeugungsmessungen zeigen, die mit dem in 4 darstellten gesinterten Bi2223-Film durchgeführt wurden von der Oberfläche bis zur Basis.The 6A to 6D are graphs showing the results of X-ray diffraction measurements made with the one in 4 Sintered Bi2223 film were performed from the surface to the base.

Beim Betrachten der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht 54 in der 3 ist zu erkennen, dass Kristallkörnchen teilweise geschmolzen sind und in die Poren zwischen den Kristallkörnern eingedrungen sind, da die Brenntemperatur in der Nähe des Schmelzpunktes von Bi2212 in der Atmosphäre liegt, wodurch die Bindung zwischen den Kristallkörnern verstärkt wird unter Ausbildung eines dichten Films. Außerdem ist an der Grenzfläche 55 zwischen der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht 54 und der MgO-Basis 51 festzustellen, dass die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht 54 fest verankert ist in den nicht wahrnehmbaren Zwischenräumen und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der MgO-Basis 51.Looking at the partially melted Bi2212 layer 54 in the 3 It can be seen that crystal grains have partially melted and penetrated into the pores between the crystal grains because the firing temperature is near the melting point of Bi2212 in the atmosphere, thereby strengthening the bond between the crystal grains to form a dense film. It is also at the interface 55 between the partially melted Bi2212 layer 54 and the MgO base 51 notice that the partially melted Bi2212 layer 54 is firmly anchored in the imperceptible gaps and irregularities on the surface of the MgO base 51 ,

Außerdem ist es vorstellbar, dass an der Grenzfläche zwischen der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht 54 und der MgO-Basis 51 eine interaktive Element-Diffusion auftritt zwischen einer geschmolzenen flüssigen Phase und der MgO-Basis 51, wenn die Bi2212-Schicht teilweise schmilzt. Als Folge davon kann angenommen werden, dass die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht 54 und die MgO-Basis 51 sowohl in den strukturellen als auch in den chemischen Zuständen fest miteinander verbunden sind (ein Teil oberhalb der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht 54, ist mit der Bezugsziffer 60 versehen, die ein Epoxyharz anzeigt zur Herstellung dieser optischen Mikroskop-Probe).It is also conceivable that at the interface between the partially melted Bi2212 layer 54 and the MgO base 51 interactive element diffusion occurs between a molten liquid phase and the MgO base 51 when the Bi2212 layer partially melts. As a result, it can be assumed that the partially melted Bi2212 layer 54 and the MgO base 51 are firmly connected in both the structural and chemical states (a part above the partially melted Bi2212 layer 54 , is with the reference number 60 provided, which indicates an epoxy resin for the preparation of this optical microscope sample).

Beim Betrachten der 4 ist die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht, wie sie in 3 erläutert ist, nicht klar erkennbar, so als ob der gesinterte Bi2223-Film 52 durch die MgO-Basis 51 und die Grenzfläche 55 hindurch gebildet würde.When looking at the 4 is the partially melted Bi2212 layer as in 3 is not clearly recognizable, as if the sintered Bi2223 film 52 through the MgO base 51 and the interface 55 would be formed through it.

Daher werden die Strukturen der Schicht und des Films in diesem Teil näher im Detail analysiert.Hence the structures of the layer and the film in this part closer analyzed in detail.

Als Ergebnis der Analyse von Mg, wie in 5A dargestellt, wurde gefunden, dass die Grenzfläche in einem Abstand von etwa 150 μm von einem Bezugspunkt vorliegt (einem Punkt, an dem die horizontale Achse Null ist) und hier nimmt das Mg mit einer Neigung schnell ab. Dies weist auf ein Phänomen der Element-Diffusion von Mg hin, das die Basis aufbaut.As a result of the analysis of Mg as in 5A shown, it was found that the interface was at a distance of about 150 μm from a reference point (a point at which the horizontal axis was zero), and here the Mg rapidly decreased with an inclination. This indicates a phenomenon of Mg element diffusion that builds the base.

Aus den Ergebnissen der Analyse der Elemente Sr, Pb, Bi, Cu und Ca, wie sie in den 5B bis 5F dargestellt sind, ergibt sich eine Filmdicke des mit der Bezugsziffer 52 in der 4 bezeichneten Films von 350 μm. Dies beweist, dass die Filmdicke, welche die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht, die 640 μm beträgt, wenn der Bi2223-Film aufgebracht und getrocknet wird, nach dem Brennen und Komprimieren abnimmt bis auf etwa 350 μm.From the results of the analysis of the elements Sr, Pb, Bi, Cu and Ca as described in the 5B to 5F are shown, there is a film thickness of the with the reference number 52 in the 4 designated film of 350 microns. This proves that the film thickness, which is the partially melted Bi2212 layer, which is 640 μm when the Bi2223 film is applied and dried, decreases to about 350 μm after firing and compression.

Nachstehend werden die Ergebnisse der Analyse der Elemente Sr, Pb, Bi, Cu und Ca, wie sie in den 5B bis 5F dargestellt sind, untersucht.Below are the results of the analysis of the elements Sr, Pb, Bi, Cu and Ca as shown in the 5B to 5F are examined.

Dabei ergibt sich, dass die Elemente Sr, Bi, Cu und Ca in etwa gleicher Konzentration in dem Film vorliegen, ausgenommen Pb. Normalerweise haben in den Bi2212- und Bi2223-Schichten Ca und Cu unterschiedliche Zusammensetzungs-Verhältnisse und die entsprechende Linien-Analyse sollte daher Änderungen in Bezug auf ihre Festigkeiten in der Nähe Grenzfläche zwischen der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht und dem Bi2223-Film widerspiegeln. Es werden jedoch praktisch keine Veränderungen in Bezug auf die Festigkeiten von Ca und Cu festgestellt und ihre Konzentrationen sind im Wesentlichen gleichmäßig über den gesamten Dickfilm.It turns out that the elements Sr, Bi, Cu and Ca are present in the film in approximately the same concentration, except Pb. Usually have in the Bi2212 and Bi2223 layers Ca and Cu different composition ratios and the corresponding Line analysis should therefore make changes in terms of their strengths near the interface between the partial reflect the melted Bi2212 layer and the Bi2223 film. However, there are practically no changes in terms of Strengths of Ca and Cu were determined and their concentrations are essentially even across the entire thick film.

Die 5C zeigt, dass eine Pb-Konzentration in dem Dickfilm allmählich abnimmt ab der Grenzfläche mit der Basis in Richtung auf die Oberfläche des Films. Die Abnahme der Pb-Konzentration kann zurückgeführt werden auf eine Verdampfung von Pb, die während der Sinterung von Bi2223 auftritt, in der Weise, dass je geringer der Abstand zu der Oberfläche des Films ist, umso mehr Pb in die Atmosphäre verdampft.The 5C shows that a Pb concentration in the thick film gradually decreases from the base interface toward the surface of the film. The decrease in Pb concentration can be attributed to evaporation of Pb that occurs during the sintering of Bi2223 in such a way that the smaller the distance to the surface of the film, the more Pb evaporates into the atmosphere.

Andererseits zeigt auch die 5C, dass die Pb-Konzentration in dem Dickfilm kaum abnimmt bis zur Grenzfläche mit der Basis. Wenn man den Umstand berücksichtigt, dass die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht kein Pb enthielt, wenn sie zu einem Film geformt wurde, so kann daraus abgeleitet werden, dass eine Diffusion von Pb in die ursprüngliche teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht stattgefunden hat.On the other hand, the 5C that the Pb concentration in the thick film hardly decreases to the interface with the base. Taking into account the fact that the partially melted Bi2212 layer did not contain Pb when it was formed into a film, it can be deduced that diffusion of Pb into the original partially melted Bi2212 layer took place.

Außerdem ist in den Analysen-Ergebnissen der 6A bis 6D kein Peak für Bi2212 bei der XRD-Analyse des Dickfilms in einer Position in einem Abstand von 20 μm von der Basis festgestellt worden, welche die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht vor dem Brennen war, sowie in Positionen zwischen 20 und 200 μm festgestellt worden und dies beweist, dass alle Peaks Beugungspeaks für Bi2223 aufweisen.The analysis results also include the 6A to 6D no peak for Bi2212 was detected in the XRD analysis of the thick film at a position 20 µm from the base which was the partially melted Bi2212 layer before firing, and at positions between 20 and 200 µm, and so on proves that all peaks have diffraction peaks for Bi2223.

Alle oben genannten Ergebnisse zeigen, dass eine Diffusion der Elemente Pb, Ca und Cu aus dem Bi2223-Film, der auf die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht aufgebracht worden ist, durch das Brennen in die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht aufgetreten ist, sodass sich die Zusammensetzung des Gesamtfilms vereinheitlicht hat und somit der größte Teil der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht einschließlich der Kristallstruktur in Bi2223 umgewandelt hat.All of the above results show that a diffusion of the elements Pb, Ca and Cu from the Bi2223 film, the has been applied to the partially melted Bi2212 layer burning occurred in the partially melted Bi2212 layer is so that the composition of the overall film is standardized and therefore most of it the partially melted Bi2212 layer including the Crystal structure has been converted into Bi2223.

Die Bedeutung der Umwandlung des größten Teils der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht in Bi2223 wird nachstehend erörtert.The importance of converting the Mostly the partially melted Bi2212 layer in Bi2223 is shown below discussed.

Zuerst war, wie vorstehend angegeben, die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht über die Grenzfläche mit der Basis fest an die Basis gebunden. Der Bindungszustand wird aufrechterhalten, wenn der größte Teil der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht in Bi2223 umgewandelt wird und somit wird der feste Bindungszustand aufrechterhalten.First, as stated above, the partially melted Bi2212 layer over the interface with the base firmly bound to the base. The state of attachment is maintained if the biggest part of the partially melted Bi2212 layer converted into Bi2223 and thus the solid state of attachment is maintained.

Zweitens ergibt sich daraus, dass eine räumliche Ausdehnung von Bi2223, die auftritt, wenn die Bi2223-Paste zur Bildung von Bi2223 gebrannt wird, eine Ausdehnung des gesamten Dickfilms mit sich bringt, welche die Ablösung des Dickfilms von der Basis verhindert. Das heißt mit anderen Worten, für den Fall, dass die Bi2223-Paste direkt auf eine Basis, wie z.B. aus MgO, aufgebracht wird und dann eine räumliche Ausdehnung dieser Bi2223-Paste auftritt, das gebildete Bi2223 sich von der Basis ablöst. Wenn jedoch die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht zwischen der Bi2223-Paste und der Basis vorliegt, hält diese teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht den festen Bindungszustand mit der Basis aufrecht, absorbiert Pb, Ca und Cu, die aus der Pasten-Schicht mit der Bi2223-Zusammensetzung stammen, in der Kristalle gebildet werden, und wandelt sich allmählich selbst in Bi2223 um. Als Ergebnis wird durch die Umwandlung der Kristallstruktur in dem Film eine Kontinuität wie bei einem Gradienten-Material erzeugt, dass die Ausdehnung wie ein Polster an der Grenzfläche mit der Basis mildert, wodurch die Ablösung derselben verhindert wird.Second, it follows that spatial expansion of Bi2223 that occurs when the Bi2223 paste is baked to form Bi2223 results in an expansion of the entire thick film that prevents the thick film from detaching from the base. In other words, in the event that the Bi2223 paste is applied directly to a base, such as, for example, made of MgO, and then a spatial expansion of this Bi2223 paste occurs, the Bi2223 formed detaches from the base. However, when the partially melted Bi2212 layer is between the Bi2223 paste and the base, this partially melted Bi2212 layer maintains the solid state of bonding with the Base upright, absorbs Pb, Ca and Cu, which come from the paste layer with the Bi2223 composition in which crystals are formed, and gradually transforms itself into Bi2223. As a result, the conversion of the crystal structure in the film creates a continuity like a gradient material that softens the expansion like a cushion at the interface with the base, preventing it from peeling off.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Herstellungsverfahren sowohl für die Bi2212-Paste 1 als auch für die Bi2223-Paste 2, die bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet werden, unter Bezugnahme auf die 2 erläutert, die ein Vließdiagramm darstellt, in dem Beispiele für bevorzugte Herstellungsstufen einer Oxid-Supraleiter-Paste angegeben sind.Below is a preferred manufacturing process for both the Bi2212 paste 1 as well as for the Bi2223 paste 2 which are used in the embodiment according to the invention, with reference to the 2 explained, which is a fleece diagram in which examples of preferred production stages of an oxide superconductor paste are given.

In der 2 werden die Pulver 11 aus Bi2O3, SrCO3, CaCO3 und CuO so eingewogen, dass sie das Molverhältnis von Bi2212 aufweisen, und miteinander gemischt zur Herstellung eier Pulvermischung 12. In diesem Fall kann das CaCO3 durch CaO oder Ca(OH)2 ersetzt werden. Anstelle der oben genannten Pulvermischung kann die Pulvermischung 12 auch erhalten werden durch Herstellung der Elemente Bi, Sr, Ca und Cu in der Weise, dass sie das gewünschte Molverhältnis aufweisen, durch ein nasses Copräzipitationsverfahren oder dgl.In the 2 become the powder 11 Weighed out of Bi 2 O 3 , SrCO 3 , CaCO 3 and CuO so that they have the molar ratio of Bi2212, and mixed together to produce a powder mixture 12 , In this case the CaCO 3 can be replaced by CaO or Ca (OH) 2 . Instead of the powder mixture mentioned above, the powder mixture 12 are also obtained by producing the elements Bi, Sr, Ca and Cu in such a manner that they have the desired molar ratio, by a wet coprecipitation method or the like.

Dann wird die Pulvermischung 12 calciniert zur Herstellung eines calcinierten Pulvers 13. Die Calcinierungs-Bedingungen sind eine Temperatur von 600 bis 1000 °C, vorzugsweise von 750 bis 850 °C, in der Atmosphäre für eine Dauer von 3 bis 50 h. Das erhaltene calcinierte Pulver 13 wird zusammen mit Zr-Kugeln und einem organischen Lösungsmittel wie Toluol oder dgl. in einen Keramiktopf eingeführt, auf eine sich drehende Plattform gestellt und einem Kugelmahlvorgang unterworfen. Der Zweck dieses Arbeitsgangs besteht darin, das calcinierte Pulver 13 fein zu mahlen, um seine Gleichförmigkeit zu verbessern, um so seine thermische Reaktion in der nachfolgenden Brennstufe zu erhöhen. Das calcinierte Pulver 13 in Form einer Aufschlämmung, deren Behandlung in einer Kugelmühle beendet worden ist, wird in einem Trockner getrocknet. Dann wird dieses calcinierte Pulver 13 unter den gleichen Calcinierungs-Bedingungen erneut calciniert. Nach dieser Calcinierung wird das calcinierte Pulver 13 wiederum in einer Kugelmühle gemahlen und gebrannt, wobei man eine Pulvermischung 14 mit einer Bi2212-Zusammensetzung erhält. Diese Pulvermischung 14 wird in zwei gleiche Portionen aufgeteilt.Then the powder mixture 12 calcined to produce a calcined powder 13 , The calcining conditions are a temperature of 600 to 1000 ° C, preferably 750 to 850 ° C, in the atmosphere for a period of 3 to 50 hours. The calcined powder obtained 13 is placed together with Zr balls and an organic solvent such as toluene or the like in a ceramic pot, placed on a rotating platform and subjected to ball milling. The purpose of this operation is the calcined powder 13 finely ground to improve its uniformity so as to increase its thermal response in the subsequent firing step. The calcined powder 13 in the form of a slurry, the treatment of which has been finished in a ball mill, is dried in a dryer. Then this calcined powder 13 calcined again under the same calcination conditions. After this calcination, the calcined powder 13 again ground in a ball mill and fired using a powder mixture 14 with a Bi2212 composition. This powder mix 14 is divided into two equal portions.

Eine Portion der aufgeteilten Pulvermischung 14 mit der Bi2212-Zusammensetzung wird mit einem geeigneten organischen Bindemittel und einem organischen Vehiculum 15 gemischt und verknetet unter Verwendung einer Dreifachwalze oder dgl., wobei man die supraleitfähige Paste 1 mit dem Mischungs-Verhältnis der Bi2212-Zusammensetzung erhält.A serving of the divided powder mixture 14 with the Bi2212 composition with a suitable organic binder and an organic vehicle 15 mixed and kneaded using a triple roller or the like, whereby the superconducting paste 1 with the mixing ratio of the Bi2212 composition.

Dem anderen Teil der aufgeteilten Pulvermischung 14 mit der Bi2212-Zusammensetzung werden Pulver 16 aus Bi2O3, PbO, SrCO3, CaCO3 und CuO zugesetzt, so abgewogen, dass sie das Molverhältnis von Bi2223 aufweisen, und miteinander gemischt zur Herstellung der Pulvermischung 17. In diesem Fall kann das CaCO3 durch CaO oder Ca(OH)2 ersetzt werden. Anstelle der oben genannten Pulvermischung kann die Pulvermischung 17 auch erhalten werden durch Herstellung der Elemente Bi, Sr, Ca und Cu in der Weise, dass sie das gewünschte Molverhältnis aufweisen, durch Anwendung eines nassen Copräzipitationsverfahrens oder dgl., oder es kann auch ein anderes Material verwendet werden, in dem die Elemente Bi, Pb, Sr, Ca und Cu so hergestellt wurden, dass sie das gewünschte Molverhältnis haben, durch Anwendung eines nassen Copräzipitationsverfahrens oder dgl.The other part of the divided powder mixture 14 with the Bi2212 composition powder 16 from Bi 2 O 3 , PbO, SrCO 3 , CaCO 3 and CuO added, weighed so that they have the molar ratio of Bi2223, and mixed together to produce the powder mixture 17 , In this case the CaCO 3 can be replaced by CaO or Ca (OH) 2 . Instead of the powder mixture mentioned above, the powder mixture 17 can also be obtained by producing the elements Bi, Sr, Ca and Cu in such a way that they have the desired molar ratio, by using a wet coprecipitation method or the like, or another material can also be used in which the elements Bi, Pb, Sr, Ca and Cu were made to have the desired molar ratio by using a wet coprecipitation method or the like.

Dann wird die Pulvermischung 17 calciniert, wobei man ein calciniertes Pulver 18 mit einem Mischungsverhältnis entsprechend der Bi2223-Zusammensetzung erhält. Die Calcinierungs-Bedingungen sind eine Temperatur von 600 bis 1000 °C, vorzugsweise von 750 und 850 °C, in der Atmosphäre für eine Dauer von 3 bis 50 h. Das erhaltene calcinierte Pulver 18, welches das Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung aufweist, enthält insgesamt eine Bi2212-Phase und eine zwischenzeitlich gebildete Phase, beispielsweise aus Ca2PbO4, CaCuO2, CuO oder dgl.Then the powder mixture 17 calcined, being a calcined powder 18 with a mixing ratio according to the Bi2223 composition. The calcining conditions are a temperature of 600 to 1000 ° C, preferably 750 and 850 ° C, in the atmosphere for a period of 3 to 50 hours. The calcined powder obtained 18 , which has the mixing ratio of the Bi2223 composition, contains a total of a Bi2212 phase and an intermediate phase, for example made of Ca 2 PbO 4 , CaCuO 2 , CuO or the like.

Das calcinierte Pulver 18 mit dem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung wird zusammen mit Zr-Kugeln und einem organischen Lösungsmittel, wie z.B. Toluol oder dgl., in einen Keramik-Topf eingeführt, auf eine sich drehende Plattform gestellt und einem Kugelmühlen-Mahlen unterworfen. Der Zweck dieses Arbeitsganges besteht darin, das calcinierte Pulver 13 fein zu mahlen, um seine Einheitlichkeit zu verbessern und damit seine thermische Reaktion in der nachfolgenden Brennstufe zu erhöhen. Das calcinierte Pulver 18 in Form einer Aufschlämmung mit dem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung, deren Kugelmühlen-Mahlen beendet worden ist, wird in einem Trockner getrocknet und erneut calciniert. Nach dieser Calcinierung wird das calcinierte Pulver 18 wiederum in einer Kugelmühle gemahlen und gebrannt, wobei man eine Pulvermischung 19 mit dem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung erhält.The calcined powder 18 with the mixing ratio of the Bi2223 composition is introduced together with Zr balls and an organic solvent such as toluene or the like into a ceramic pot, placed on a rotating platform, and subjected to ball mill milling. The purpose of this operation is the calcined powder 13 finely ground to improve its uniformity and thus increase its thermal reaction in the subsequent firing stage. The calcined powder 18 in the form of a slurry with the mixing ratio of the Bi2223 composition, the ball mill grinding of which has been completed, is dried in a dryer and calcined again. After this calcination, the calcined powder 18 again ground in a ball mill and fired using a powder mixture 19 with the mixing ratio of the Bi2223 composition.

Die erhaltene Pulvermischung 19 mit der Bi2223-Zusammensetzung wird mit einem geeigneten organischen Bindemittel und einem organischen Vehiculum 20 gemischt und verknetet unter Verwendung einer Dreifachwalze oder dgl., wobei man die supraleitfähige Paste 2 mit dem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung erhält.The powder mixture obtained 19 with the Bi2223 composition with a suitable organic binder and an organic vehicle 20 mixed and kneaded using a triple roller or the like, whereby the superconducting paste 2 with the mixing ratio of the Bi2223 composition.

Praktisches BeispielPractical example

Als Basis, auf die ein supraleitfähiger Dickfilm aufgebracht werden soll, wurde ein MgO-Polykristall in einer zylindrischen Form mit einem Außendurchmesser von 50 Φ mm, und einem Innendurchmesser von 40 Φ mm und einer Länge von 100 mm hergestellt. Eine Supraleiter-Paste mit einem Mischungsverhältnis entsprechend einer Bi2212-Zusammensetzung wurde auf die MgO-Basis aufgebracht unter Anwendung eines Sprüh-Verfahrens, und getrocknet, und danach in der Atmosphäre bei einer Brenntemperatur von 880 bis 885 °C 30 min lang gebrannt. Diese Temperatur liegt in der Nähe der Schmelztemperatur von Bi2212 in der Atmosphäre, sodass eine teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht in einem teilweise geschmolzenen Zustand erhalten wurde. Die Dicke der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht betrug 40 μm.As the basis on which a superconducting thick To be applied film, an MgO polycrystal was produced in a cylindrical shape with an outer diameter of 50 50 mm, and an inner diameter of 40 Φ mm and a length of 100 mm. A superconductor paste having a mixing ratio corresponding to a Bi2212 composition was applied to the MgO base using a spray method, and dried, and then baked in the atmosphere at a baking temperature of 880 to 885 ° C for 30 minutes. This temperature is close to the melting temperature of Bi2212 in the atmosphere, so that a partially melted Bi2212 layer was obtained in a partially melted state. The thickness of the partially melted Bi2212 layer was 40 μm.

Anschließend wurde eine Supraleiter-Paste mit einem Mischungsverhältnis entsprechend der Bi2223-Zusammensetzung auf die teilweise geschmolzene Bi2212-Schicht, die auf die MgO-Basis aufgebracht worden war, unter Anwendung eines Sprühverfahrens aufgebracht und getrocknet. Die Filmdicke der Supraleiter-Paste mit dem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung betrug 600 μm. Dann wurde die Supraleiter-Paste in der Atmosphäre bei einer Brenntemperatur von 850 °C 50 h lang gebrannt.Then a superconductor paste was used a mixing ratio according to the Bi2223 composition on the partially melted Bi2212 layer, which had been applied to the MgO base, under Application of a spraying process applied and dried. The film thickness of the superconductor paste with the mixing ratio the Bi2223 composition was 600 μm. Then the superconductor paste in the atmosphere Baked at a firing temperature of 850 ° C for 50 h.

Die MgO-Basis mit dem darauf aufgebrachten Oxid-Supraleiter-Dickfilm wurde in eine CIP (eine kalte isostatische Presse) eingeführt und mit einem Druck von 2 bis 3 t/cm2 komprimiert. Danach wurde die Basis gebrannt, in einer CIP komprimiert und erneut gebrannt unter den gleichen Bedingungen, wodurch eine Dickfilm-Probe erhalten wurde.The MgO base with the oxide superconductor thick film applied thereon was introduced into a CIP (a cold isostatic press) and compressed with a pressure of 2 to 3 t / cm 2 . Thereafter, the base was baked, compressed in a CIP, and baked again under the same conditions, whereby a thick film sample was obtained.

Die obigen Stufen wurden mit 10 MgO-Basen unter den gleichen Bedingungen durchgeführt. Bei keiner dieser Proben trat jedoch eine Ablösung des Dickfilms auf.The above steps were with 10 MgO bases carried out under the same conditions. None of these samples however, a replacement of the Thick film on.

VergleichsbeispieleComparative Examples

Es wurde eine MgO-Basis hergestellt, die identisch mit derjenigen war, die in dem praktischen Beispiel verwendet wurde. Auf die MgO-Basis wurde eine Oxid-Supraleiter-Paste mit dem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung, die identisch mit derjenigen war, die in dem praktischen Beispiel verwendet wurde, aufgebracht und getrocknet. Die Filmdicke der Supraleiter-Paste mit dem Mischungsverhältnis der Bi2223-Zusammensetzung betrug 600 μm. Dann wurde die Supraleiter-Paste in die Atmosphäre bei einer Brenntemperatur von 850 °C 50 h lang gebrannt.An MgO base was made which was identical to that in the practical example was used. An oxide superconductor paste was applied to the MgO base with the mixing ratio the Bi2223 composition, which was identical to that used in the practical example was applied and dried. The film thickness of the superconductor paste with the mixing ratio the Bi2223 composition was 600 μm. Then the superconductor paste into the atmosphere Baked at a firing temperature of 850 ° C for 50 h.

Diesmal wurden 10 MgO-Basen hergestellt und dann wurden das Aufbringen und Brennen derselben unter den gleichen Bedingungen durchgeführt. Bei fünf Basen trat eine Ablösung der Dickfilme auf. Anschließend wurden die anderen fünf MgO-Basen, die den darauf aufgebrachten supraleitenden Dickfilm aufwiesen, in einer CIP komprimiert und dann trat bei vier von ihnen eine Ablösung des Dickfilms auf. Als Ergebnis erhielt man nur eine Probe, bei der die Stufen der CIP-Kompression, des Brennens, der CIP-Kompression und des letzten Brennens durchgeführt wurden in ähnlicher Weise wie bei den Proben in dem praktischen Beispiel.This time 10 MgO bases were made and then the application and burning of them were among the same Conditions carried out. At five Bases came a detachment of the thick films. Subsequently became the other five MgO bases, the superconducting thick film applied thereon had compressed in a CIP and then occurred in four of them a replacement of the thick film. As a result, only one sample was obtained in which the levels of CIP compression, burning, CIP compression and the last burning were carried out in a similar way Way as with the samples in the practical example.

Wie vorstehend im Detail beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung einen Oxid-Supraleiter-Dickfilm zur Verfügung, der Bi, Pb, Sr, Ca und Cu enthält und im Wesentlichen die Zusammensetzung (Bi, Pb)2+aSr2Ca2Cu3Oz (worin bedeutet 0 < a < 0,5) hat, der auf die Oberfläche eines Substrats oder einer Basis aufgebracht werden soll, bei dem keine Bruchfläche in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Substrat oder der Basis und dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm in dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm auftritt. In dem Bi2223-Dickfilm, der die oben genannte Zusammensetzung hat, kann eine Ablösung des Dickfilms von dem Substrat oder von der Basis verhindert werden, wenn ein Erhitzen, ein Abkühlen, ein Komprimieren oder eine mechanische Schock-Behandlung auf das Substrat, die Basis oder den Oxid-Supraleiter-Dickfilm in der Mitte des Herstellungsverfahrens oder nach dem Herstellungsverfahren angewendet wird.As described in detail above, the present invention provides an oxide superconductor thick film containing Bi, Pb, Sr, Ca and Cu and essentially the composition (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 Cu 3 O z (in which means 0 <a <0.5) to be applied to the surface of a substrate or a base with no fracture surface near an interface between the substrate or the base and the oxide superconductor thick film in the oxide superconductor thick film occurs. In the Bi2223 thick film having the above-mentioned composition, detachment of the thick film from the substrate or from the base can be prevented by heating, cooling, compressing or mechanical shock treatment on the substrate, the base or the oxide superconductor thick film is applied in the middle of the manufacturing process or after the manufacturing process.

Claims (1)

Oxid-Supraleiter-Dickfilm, der Bi, Pb, Sr, Ca und Cu enthält und im Wesentlichen die Zusammensetzung (Bi, Pb)2+aSr2Ca2CusOZ (worin bedeuten: 0 < a < 0,5) hat, der auf eine Oberfläche eines Substrats oder einer Basis aufgebracht werden soll, wobei keine Bruchfläche in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem Substrat oder der Basis und dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm in dem Oxid-Supraleiter-Dickfilm vorliegt.Oxide superconductor thick film which contains Bi, Pb, Sr, Ca and Cu and essentially has the composition (Bi, Pb) 2 + a Sr 2 Ca 2 CusO Z (in which: 0 <a <0.5), which is to be applied to a surface of a substrate or a base, wherein there is no fracture area in the vicinity of an interface between the substrate or the base and the oxide superconductor thick film in the oxide superconductor thick film.
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Cited By (4)

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