Optimierung von Precursoren und Prozess-Parametern für die Herstellung von supraleitenden (Bi,Pb)-2223-Bandleitern

Abstract

Neben einer kurzen Einführung in die Eigenschaften supraleitender Materialien im allgemeinen und der (Bi,Pb)-2223-Phase im besonderen wird im Rahmen dieser Arbeit die Bildung der (Bi,Pb)-2223-Phase ausgehend von zwei verschiedenen Ausgangsmaterialien, sog. Precursoren, untersucht. Sie kann je nach Ausgangsmaterial reduktiv oder oxidativ verlaufen. In beiden Fällen ist jedoch zunächst die Bildung von Pb-2212 unerlässlich, ehe die 2223-Bildung beginnen kann. Anhand von pulverförmigen Proben konnten Parametersätze zur Einstellung des Gehaltes an Pb-2212 und an Pb-haltigen Phasen in Precursoren erarbeitet werden. Versuche zur Steigerung der Stromtragfähigkeit von (Bi,Pb)-2223 Bandleitern ergaben hohe Stromtragfähigkeit für Leiter mit Precursoren, die entweder frei von Pb4+-Phasen waren oder bereits Pb-2212 enthielten und in ihrer Reaktion ein Stück weit in Richtung der 2223-Bildung fortgeschritten waren. Unter bestimmten Bedingungen bewirken reduzierende Reaktionsbedingungen zu Beginn der Umsetzung eine Stromsteigerung. Temperaturabsenkungen am Ende des zweiten und/oder dritten Temperschritts bewirken ebenfalls eine Verbesserung der kritischen Stromstärke, da sie die Korn-Korn-Kontakte zwischen den einzelnen 2223-Kristallen verbessern. Als zur Sprühpyrolyse alternative Methoden wurden Fällungen mit Hilfe von Oxalsäure und Präparationen über Salzschmelzen durchgeführt und hinsichtlich ihrer Eignung zur Herstellung von Precursoren für (Bi,Pb)-2223-Bandleiter bewertet. Mit Hilfe der Oxalatmethode kann 2223 mit guten magnetischen Eigenschaften hergestellt werden. Die Methode über Salzschmelzen führt zu Precursoren von hoher Dichte.

Following an introduction into the properties of superconducting materials in general and of (Bi,Pb)-2223 in special this thesis summarizes experiments concerning the phase formation of (Bi,Pb)-2223. Depending on the starting material 2223 is formed either via oxidation or reduction. In both cases Pb-2223 must be present before 2223 can develop. Experiments with powdered samples resulted in sets of parameters which allow the control of the phase assemblage of Pb-2212 and Pb4+-phases. Experiments with silver claded (Bi,Pb)-2223-tapes show that high critical currents can be achieved with tapes containing precursor powders with Pb-2212 and no Pb4+-phases or when the 2223-formation in the precursor is about to begin. In some cases reducing conditions during the first sintering step are helpful to improve the current carrying capabilities. Decreasing the temperature by about 30 °C in the end of the second and/or third heat treatment improves the critical current because the grain connectivity is improved. As an alternative to spraypyrolysis two preparation techniques were performed and tested for suitability as precursors-syntheses for tape production. Precipitation with oxalic acid gives 2223 with good magnetic properties. Preparation via melts yields precursors with higher density.