DE20315783U1 - Oxide superconductor thick film has a defined composition which can be applied to a surface of a substrate or a base - Google Patents
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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.
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 Stufe3 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 stage2 and pressing in the stage3 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
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
In der
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
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.
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
Dann wird eine Oxid-Supraleiter-Paste
mit einem Mischungsverhältnis
der Bi2223-Zusammensetzung (nachstehend als Bi2223-Paste bezeichnet) 2
auf diese Basis
Als nächstes werden die oben genannten Stufen
zur Herstellung der Basis
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
Zum Aufbringen der Bi2212-Paste
Wenn die Bi2212-Paste
Nachdem die Bi2212-Paste
Anschließend wird die Bi2223-Paste
Nachdem die Bi2223-Paste
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
Es wurden Struktur-Untersuchungen
in Bezug auf den gesinterten Film aus Bi2223 und dgl., der sich
von der Basis
Die
Die
Die
Die
Beim Betrachten der teilweise geschmolzenen
Bi2212-Schicht
Außerdem ist es vorstellbar,
dass an der Grenzfläche
zwischen der teilweise geschmolzenen Bi2212-Schicht
Beim Betrachten der
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
Aus den Ergebnissen der Analyse der
Elemente Sr, Pb, Bi, Cu und Ca, wie sie in den
Nachstehend werden die Ergebnisse
der Analyse der Elemente Sr, Pb, Bi, Cu und Ca, wie sie in den
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
Andererseits zeigt auch die
Außerdem ist in den Analysen-Ergebnissen der
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
In der
Dann wird die Pulvermischung
Eine Portion der aufgeteilten Pulvermischung
Dem anderen Teil der aufgeteilten
Pulvermischung
Dann wird die Pulvermischung
Das calcinierte Pulver
Die erhaltene Pulvermischung
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.
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|---|---|---|---|---|
| EP1566850A1 (en) | 2004-02-20 | 2005-08-24 | Dowa Mining Co., Ltd. | Oxide superconductor thick film and method for manufacturing same |
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2003
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