Massive Hochtemperatursupraleiter zur Speicherung hoher Magnetfelder für die industrielle Herstellung

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden durch neue Herstellungsmethoden produzierte Proben, die für die industrielle Produktion von massiven Hochtemperatursupraleitern in hoher Stückzahl von großem Interesse sein könnten, auf ihre Performanceeigenschaften untersucht. Der erste Teil der Arbeit konzentriert sich auf schmelztexturierte Hochtemperatursupraleiter, die mit mehr als einem Keimkristall hergestellt wurden. Diese Herstellung soll dazu dienen die Wachstumszeit der Supraleiter zu verkürzen. Es konnte durch umfangreiche Messungen der gespeicherten Magnetfelder in diesen Proben, sowie in Untersuchungen der lokalen Eigenschaften mittels der Magnetoscan Technik gezeigt werden, dass es zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Performance kommt. Zwischen den Wachstumssektoren der Keimkristalle bildet sich eine Ansammlung von Zweitphaseneinschlüssen, die für den kritischen Strom eine Barriere darstellt und deswegen kommt es zu einer Minderung der Magnetfeldspeicherung. Im zweiten Teil werden Gd-123 Supraleiter untersucht, die mittels einer neuen Ausgangskombination und dadurch unter Normaldruck und in Normalatmosphäre hergestellt werden konnten. Die Messergebnisse haben gezeigt, dass die positiven Eigenschaften von Gd-123 gegenüber dem Standardsupraleiter Y-123, hinsichtlich höherer kritischer Temperatur, kritischer Stromdichte, Irreversibilitätsfeld und damit Magnetfeldspeicherung, auch für konventionelle Herstellungsverfahren übernommen werden können. Weiters konnte gezeigt werden, dass eine Dotierung mit Gd-2411(Bi) Nanopartikel, die als zusätzliche Verankerungszentren für magnetische Flusslinien dienen, die Gesamtperformance noch steigert, obwohl eine homogene Verteilung in der ersten Schicht unterhalb des Keimkristalls nicht gegeben ist. Im Zuge der messtechnischen Untersuchungen wurde das Magnetoscan Verfahren zur Bestimmung der kritischen Stromdichte adaptiert. Damit stellt diese Messtechnik samt Berechnung eine vor allem zerstörungsfreie, äußerst praktikable und schnelle Methode für die Performancebestimmung massiver Supraleiter dar.<br />

This work analyses the performance of samples produced using new fabrication methods, which could be very interesting for industrial production of high temperature bulk superconductors in large quantities.<br />The first part concentrates on melt textured high temperature superconductors produced with more than one seed crystal. This method leads to shorter crystallisation times. Measurements of trapped fields in these samples, as well as analysis of local parameters measured by the magnetoscan method, show that multiseeding leads to a considerable decrease of the performance. Between the growth sector boundaries of the seeds an aggregation of second phase inclusions is formed which represents a significant barrier for the critical current and therefore decreases the trapped field. The second part analyses Gd-123 superconductors, which can be produced under normal pressure and in normal atmosphere. Measurements show positive properties, such as higher values of Tc, Jc, Birr and therefore trapped field, of Gd-123 compared with standard Y-123 superconductors. Using a new mixture, these benefits can be transferred to conventional production methods. Furthermore it was shown that doping with Gd-2411(Bi) nano particles, which are additional pinning centers for magnetic flux lines, increases the maximum trapped field. However the particles are not distributed homogeneously in the first layer under the seed crystal. In the course of this research the magnetoscan technique was adapted for Jc measurements, giving a very viable non-destructive and fast method to characterise high temperature bulk superconductors.