由锌掺杂的氧化铜材料制成的超导体制造技术

本发明专利技术涉及到基于铜酸盐材料的超导体，当该超导体含有锌阳离子时，它在直至５泰斯拉的外磁场强度下具有非常高的临界电流密度。对该超导体还可以进行改进性能的氧处理。优选的铜酸盐材料是ＹＢＣＯ材料以及基于氧化铋的超导材料（“２２１２”－以及“２２２３”型超导材料）。优选的超导体是通过熔融织构法所获得的成型体以及“粉末管材”体。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于铜酸盐的超导体，在制备超导体中可应用的粉末及超导体的应用。“基于铜酸盐材料的超导体”的概念在本专利技术中表示所有的氧化陶瓷(其以成型体，以层材的形式施加到带材或基材上，以“粉末管材(powder-in-tube)”的形式用作为线材或在镀层方法中用作为靶(Target))，这些氧化陶瓷含有氧化铜，且在足够低的温度下具有超导性能。超导体例如超导成型体，能在较高的外磁场里被用于例如低温磁应用。这涉及例如超导线或在电动机中零部件。根据外磁场的强度可观察到，外磁场强度越大，临界电流密度越往下降。本专利技术的任务就是，制备出基于铜酸盐材料的超导体，该超导体在外磁场存在下具有提高了的临界电流密度。该任务通过按照专利技术基于铜酸盐材料的超导体被解决。按照专利技术的基于铜酸盐材料的超导体，由于含有50至5000ppm的锌阳离子而具有特色。通常锌以氧化物形式存在。超导体最好含有100至1000ppm的锌阳离子。在此所给出的该重量范围优选针对超导体的具有超导能力的物相(辅助材料特别如添加物，填料，靶及可能的中间层，其他的载体或在“粉末管材”超导体中的(银)管，在这种情况下是不被计算在内的)。通常具有按照本专利技术的锌阳离子含量的基于铜酸盐材料的物体具有本专利技术的优点。优选所采用的铜酸盐材料是稀土金属-碱土金属-铜酸盐类的铜酸盐材料，特别是钇钡铜酸盐，以及铋(铅)-碱土金属-氧化铜类的铜酸盐材料。这些材料为人们所熟知，好的合适材料在开头已被提及。具有2∶2∶1∶2和2∶2∶2∶3的原子比的铋-锶-钙-铜酸盐是特别有用的，在此，对后一种情况，部分铋可由铅代替。上述原子比有所变动的铋-锶-钙-铜酸盐当然仍然是有用的。超导铜酸盐材料及其成型形式(层状形式、熔融织构(Schmelztexturierung)形式等等)已为人们所熟知。例如在WO 88/05029中所描述的稀土金属-碱土金属-铜酸盐是很有用的，特别是YBa2Cu3O7-x，简称“YBCO”；铋(铅)-碱土金属-铜酸盐，如铋-锶-钙-铜酸盐和铋-铅-锶-铜酸盐特别如2212型(铋∶锶∶钙∶铜＝2∶2∶1∶2)和2223型(铋∶锶∶钙∶铜＝2∶2∶2∶3)是很有用的，在此部分铋能被铅代替。含铋的铜酸盐如在EP-A 0 336450，DE-OS 37 39 886，EP-A 0 330 214，EP-A 0 332 291和EP-A 0330 305被描述。一些原料(金属氧化物或碳酸盐)转化为超导粉末是众所周知的。在德国专利说明书DE 4 216 545 C1中公开了这样一种方法。材料经过多级温度处理直到加热至温度为950℃，然后再冷却。特别是通过熔融织构法，各种物体，例如成型体被制备出来。国际专利申请WO 97/06567发表了一种钇钡铜酸盐混合物，该混合物特别适合于制备具有高悬浮力的熔融加工的高温超导体。对这种混合物重要的是，小于0.6重量百分比的自由氧化铜，该氧化铜不结合入钇钡铜酸盐相中，以及含有小于0.1重量百分比的碳。对于熔融织构法，要添加添加剂，这些添加剂形成“钉扎”(Pinning)中心或促进它们的形成。这些中心使得提高超导体中的临界电流密度成为可能。促进“通量钉扎”(Fluxpinning)的添加剂例如可以是Y2BaCuO5，三氧化二钇，PtO2，氧化银，二氧化铈，二氧化锡，氧化锆，铈酸钡和钛酸钡。这些添加剂能以0.1至50重量百分比的量被加入。在此钇钡铜酸盐以100重量百分比计算。例如宜加入0.5至5重量百分比的氧化铂。另外的超导体是例如薄层，见DE-OS 38 26 924(由均质溶液沉积出)，以带材形式的厚层或通过锻烧施加到载体上的前体相而具有夹层的线材(EP-A0 339801)，通过压力汽相沉积(PVD)法(EP-A 0 299870)，化学汽相沉积(CVD)法(EP-A 0 388 754)的层沉积，以陶瓷粉末填充的金属管材形式的线材(粉末管材技术)，DE-OS 37 31 266。EP-A 0 375 134公开了一种玻璃陶瓷-成型体，EP-A 0 362 492公开了一种由熔体凝固的浇铸体。锌阳离子已经被证实具有决定性的重要作用。在那些超导体，例如那些稀土金属-碱土金属-铜酸盐的超导体，在这些超导体中，并未已经包含锶、钙和/或铝作为晶格构建单元(例如在铋，铅-锶-钙铜酸盐中)，有利的是通过锌阳离子的额外添加，还含有另外的外来金属离子，即锶、钙和/或铝。这些外来的金属离子涉及到不同于如已所述那样作为“通量钉扎”添加剂加入的金属的离子。本专利技术在下文中对优选实施方案，即基于钇钡铜酸盐的超导体作进一步阐述。锶的含量宜为100至200ppm，钙的含量宜为30至100ppm。铝含量优选在2至100ppm范围内，最好在2至10ppm。锌-锶-钙-和铝-阳离子最高总量为5500ppm，最好其总量高限为1200ppm。按照专利技术的超导体能以不同方式构成。例如它们可以层材形式出现。这里涉及到在柔性带材或线材上的层材，及在板材上或单晶基材上的层材。在可能的情况下，在基材和本专利技术的具有超导能力的层材之间安置入缓冲层。对于层材可涉及到薄层或厚层。它们的制备通过电泳沉积，通过“浸涂”，通过液相取向附生、喷射热解、溅射、激光烧蚀、金属蒸发或者化学汽相沉积(CVD)法都是可能的。一些特别好的合适的方法已经在本文开始时提到的出版物中描述过了。按照本专利技术的具有超导能力的物体可以存在的另一种形式是“粉末管材”。这里按照本专利技术的材料以粉末的形式存在于一个金属小管里面(例如银制小管)。它是柔性的、类似线材的产品。在本专利技术的一个优选实施方案中，按照本专利技术的超导体以成型体形式存在。这些成型体能通过熔融织构法，然而也可通过爆炸压缩法(Explosionskompaktieren)，熔液的凝固法等等而获得。优选的是通过熔融织构法获得的成型体。本专利技术的进一步的任务在于，提供一种超导体，其临界电流密度在与外界磁场无关的情况下，在一个特别高的水平和在一个较大范围内是恒定的。该任务如下解决，即对上面所描述的按照本专利技术的成型体进行有目的氧处理。根据本专利技术，成型体在300至570℃下，在纯氧气氛中，或者在含氧量为0.1至20重量百分比的惰性混合气体(例如氮气或惰性气体)气氛下加热50至200小时，然后慢慢冷却。这是本专利技术的一个优选实施方案。现在根据优选的实施方式，通过熔融织构法得到的成型体对本专利技术进行进一步的阐述。熔融织构法为人们所熟知，参见WO 97/06567，DE-OS 196 23 050和GB-A 2 314 076。以铜酸盐粉末作为起始材料。该粉末以人们熟知的方法通过混合所希望金属的氧化物、氢氧化物或碳酸盐而制成。含50至5000ppm，甚至50至7500ppm，最好是100至1000ppm的锌阳离子的铜酸盐粉末，特别是钇钡铜酸盐粉末和铋(铅)-锶-钙-铜酸盐粉末(2∶2∶1∶2型和2∶2∶2∶3型)，也是本专利技术的主题。下述一点已经被证明是有益的，即如果按照本专利技术的粉末有如下的颗粒分布，即百分之九十的所有颗粒直径小于35微米。假如还有象通量钉扎-材料的添加剂加入的话，在铜酸盐粉末中的锌阳离子含量能够高达7500ppm。根据通过熔融织构法将钇钡铜酸盐粉末制成成型体对本专利技术在下文中作本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于铜酸盐材料的超导体，其特征在于，含有５０至５０００ｐｐｍ的锌阳离子。

【技术特征摘要】
DE 1999-2-17 19906748.1;DE 1999-3-24 19913213.5;DE1.基于铜酸盐材料的超导体，其特征在于，含有50至5000ppm的锌阳离子。2.根据权利要求1的超导体，其特征在于，锌阳离子含量在100至1000ppm范围内。3.根据权利要求1或2的超导体，其特征在于，铜酸盐材料是稀土金属-钡铜酸盐材料或铋(铅)-碱土金属-氧化铜-材料。4.根据权利要求3的超导体，其特征在于，如果铜酸盐材料是稀土金属-钡铜酸盐-材料，那么还含有锶阳离子和/或钙离子。5.根据权利要求1至4的超导体，其特征在于，含有2至100ppm，优选为5至10ppm量的铝阳离子。6.根据权利要求4至5的超导体，其特征在于，锌阳离子和锶阳离子，钙阳离子和/或铝阳离子含量最多为1200ppm。7.根据权利要求1的超导体，其特征在于，超导体以层材或以通过熔融织构法得到的成型体形式存在。8.根据权利要求1的超导体，其特征在于，其作为层材存在于载体上，载体是带材的形式，特别是由金属合金、陶瓷或者涂有陶瓷阻挡层的金属合金构成，材板或单晶的基材形式。9.根据权利要求1的超导体，其特征在于，它如下制得成型体在300至570℃的温度下，在纯氧气氛或含有0.1至20％重量百...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW帕克，K科勒，F哈丁豪斯，H加贝尔，G克拉比斯，P纱特兹勒，G斯多沃，
申请(专利权)人：索尔瓦钡锶有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]