DE69112287T2

DE69112287T2 - Supraleitendes zusammengesetztes Element und dessen Herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69112287T2
Application number: DE69112287T
Authority: DE
Inventors: Jacques Lambard
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-06-04
Also published as: FR2662857A1; EP0461016B1; EP0461016A2; EP0461016A3; DE69112287D1

Description

Die Erfindung hat ein zusammengesetztes supraleitendes Element zum Gegenstand und dessen Herstellungsverfahren.
Genauer betrifft sie die Herstellung eines supraleitenden Elements von länglicher Form wie etwa Drähte bzw. Adern oder Streifen, die einen elektrischen Strom leiten können in Längsrichtung des Elements, die in der Folge "Hauptrichtung des Elements" genannt wird.
Die gegenwärtig bekannten supraleitenden Materialien können insbesondere für zwei Arten von Anwendungen eingesetzt werden, die Metrologie, wo nur niedrige Leistungen erforderlich sind, und den Stromtransport, der, im Gegenteil, hohe Leistungen erfordert.
Für die Anwendungen mit hohen Leistungen wie etwa das Gebiet der Energiespeicherung, die Wechselstromerzeuger, die magnetischen Anwendungen, z.B. die Magnete zur medizinischen Bilderzeugung (RMN), die Teilchenbeschleuniger und das Containment für die Kernfusion ist es erforderlich, über supraleitende Elemente zu verfügen, die unter ihrer kritischen Temperatur Tc einen supraleitenden Zustand aufweisen mit einer Stromdichte J, die kleiner ist als die kritische Stromdichte Jc. Außerdem ist der Supraleiter bei den magnetischen Anwendungen einem Feld H ausgesetzt, das kleiner ist als das kritische Feld Hc, um die Annulation der elektrischen Resistivität des Elements unterhalb der kritischen Stromdichte Jc und des kritischne Feldes Hc zu erhalten.
Für die Anwendungen mit hohen Leistungen ist es folglich wichtig, höchstmögliche Werte für Jc oder das Paar Jc und Hc zu erhalten.
Unter den gegenwärtig bekannten supraleitenden Materialien entsprechen die Metallegierungen wie Nb-Ti oder Nb&sub3;Sn diesen Anforderungen, müssen jedoch auf die Temperatur des flüssigen Heliums abgekühlt werden, also auf 4,2K oder sogar tiefer, was einen Nachteil darstellt.
Hingegen können die neuen supraleitenden Materialien, z.B. die Kupfermischoxide von der Art wie die von Bednorz und Müller 1986 entdeckten, bei höheren Temperaturen als der des flüssigen Heliums funktionieren, insbesondere oberhalb der Temperatur des flüssigen Stickstoffs, denn ihre kritische Temperatur Tc ist sehr viel höher. Somit ist für die zum Typ YBaCuO gehörende Familie aus supraleitenden Materialien Tc 93K, für die Familie von Supraleitern des Typs BiSrCaCuO beträgt Tc 80 bis 110K und für die Familie des Typs TlBaCaCuO ist Tc von 80 bis 125k. Dies ist sehr vorteilhaft wegen des Unterschieds der Kosten und der Betriebsvereinfachung zwischen der Temperatur des flüssigen Heliums und der des flüssigen Stickstoffs und könnte zu gängigen industriellen Anwendungen der Supraleiter führen.
Außerdem sind diese Supraleiter sehr vorteilhaft für magnetische Anwendungen, denn ihre kritischen Felder sind sehr viel höher als die der intermetallischen Verbindungen des Typs Nb&sub3;Sn.
Jedoch entstehen bei der Herstellung von supraleitenden Elementen wie z.B. Drähten, Streifen oder Bändern aus diesen supraleitenden Materialien des keramischen Typs gewisse Probleme, um starke kritische Ströme zu erhalten, einen ausreichend flexiblen Leiter herzustellen und die mechanische und chemische Haltbarkeit des Elernents sicherzustellen.
Die gegenwärtigen Leiterelemente, hergestellt aus keramischen supraleitenden Materialien wie YBaCuO sind aus gesinterten Körnern geformt und die Transporteigenschaften dieser Leiter sind die eines gesinterten Massivkörpers.
Mit diesen Leitern aus gesintertem polykristallinem Material wie z.B. YBaCuO kann man kritische Ströme von 1 bis 10³A/cm² erhalten und i. allg. in der Größenordnung von 10 ²A/cm², was sehr viel kleiner ist als das, was man erhalten müßte, da die monokristallinen Körner des Supraleiteroxids selbst sehr viel höhere kritische Ströme haben. Man nimmt an, daß dieses Phänomen zurückzuführen ist auf eine schlechte elektrische Verbindung zwischen den Körnern, jedoch haben die bis heute vorgeschlagenen Lösungen zum Bilden von Leitern mit großen Abmessungen nicht voll befriedigt.
Ebenso ist es schwierig, aus diesen keramischen Materialien flexible Drähte herzustellen, denn nach dem Sintern erhält man eine brüchige Keramik.
Schließlich erfordert die chemische Reaktionfähigkeit der Keramiken gegenüber äußeren Angriffen diese Elemente wirksam zu schützen gegen die chemischen Angriffe und die auf das Elemente wahrend seiner Herstellung, seiner Handhabung und seiner Verwendung ausgeübten Belastungen.
Die gegenwärtig bekannten Verfahren zum Herstellen von Drähten aus supraleitendem keramischen Material greifen zurück auf Extrusions- oder Strangpreßtechniken wie beschrieben durch D.W. Murphy u.a. in Science, Band 241, 1988, Seiten 922 bis 930, jedoch führen diese Techniken zu Strömen, die zu schwach sind, d.h. kleiner als 2000A/cm² bei 77K, die schnell abfallen in Gegenwart von magnetischen Feldern. Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man die Anwendung von Rekristallisationstechniken vorgesehen, um eine dichtere Struktur zu erhalten, die Körner des supraleitenden Materials besser auszurichten und so die kritischen Stromdichten zu verbessern, aber diese Techniken sind schwierig anzuwenden bei der Herstellung von Drähten großer Abmessungen.
Ein weiteres Problem ist die Verbindung zwischen den Körnern. Die Erhöhung des kritischen Stroms verlangt die Beseitigung der Verunreinigungen auf Korngrenzenebene, wie z.B. die Isolations-, Halbleiter- oder Supraleitermaterial-Phasen mit niedrigeren kritischen Temperaturen.
Ekin hat in Advanced Ceramic Materials, Band 2, Nº 3B, 1987, S. 586-591 die verschiedenen Mittel untersucht, die eine Verbesserung der Ströme in dem polykristallinen Material ermöglichen und er hat angegeben, daß eine der Lösungen darin bestünde, die Kristalliten so auszurichten bzw. zu orientieren, daß ihre Ebenen der großen elektrischen Leitfähigkeiten Parallel sind in der Richtung der Stromleitung. Dies könnte z.B. erfolgen, indem man das YBaCuO-Pulver elektromagnetischen Kräften aussetzt, vor Sintern und mechanischer Bearbeitung, um eine Vorzugsorientierung zu erhalten, jedoch bestätigt kein Versuchswert diese Verbesserung.
Man hat ebenfalls vorgesehen, die kritische Stromdichte von supraleitenden Materialien des Typs YBaCuO zu verbessern, indem man ihnen Silber hinzufügt, wie dies angegeben wird durch Plechacek u.a. in Physica C153-155, S. 878-879, aber die erzielten Resultate zeigen im Gegenteil, daß die kritische Stromdichte mit dem Silbergehalt abnimmt.
Man hat auch vorgesehen, supraleitenden Materialien des Typs YBaCuO Metalle wie Silber, Kupfer und Aluminium hinzuzufügen, um ihre Formung zu erleichtern, vor allem bei den Streifen, wie beschrieben durch Prasad u.a. in Materials Letters, Band 7, N 1,2, 1988, S. 9-12, aber diese Autoren Präzisieren nicht, ob das Hinzufügen eines solchen Metalls ermöglicht, die kritische Stromdichte zu verbessern oder nicht.
So ermöglicht keines der gegenwärtig bekannten Verfahren die Herstellung von supraleitenden Elementen von länglicher Form, die große kritische Stromdichten und gute mechanische Eigenschaften aufweisen.
Die vorliegende Erfindung hat genau ein zusammengesetztes supraleitendes Element von länglicher bzw. gestreckter Form zum Gegenstand, wie z.B. einen Draht, einen Streifen oder ein Band, das diese verbesserten Eigenschaften aufweist.
Erfindungsgemäß umfaßt das zusammengesetzte supraleitende Element von gestreckter Form, das einen elektrischen Strom in einer der Länge des Elements entsprechenden Hauptrichtung leiten kann, einen Kern aus zusammengesetztem supraleitendem Material, der einen ersten Bestandteil umfaßt, der wenigstens eine kristallisierte supraleitende Substanz enthält, und einen zweiten, metallischen Bestandteil, gebildet durch wenigstens ein Metall oder eine Metallegierung, wobei der erste Bestandteil die Form von Körnchen aufweist, wenigstens eine Reihe umfassend, gebildet durch wenigstens einen Kristall einer supraleitenden Substanz mit einer privilegierten Achse bzw. Vorzugsachse entsprechend der größeren Seite des Kristallgitters, die Kristallreihen eine Vorzugsachse über die Gesamtheit der Länge des Körnchens aufweisen und somit die Hauptrichtung des Körnchens definieren, die Körnchen so zueinander angeordnet sind, daß sie wenigstens eine Reihe bilden, derart, daß ihre Hauptrichtung die Hauptrichtung des Elements bestimmt und die Körnchen von jeder Reihe verbunden sind durch Verbindungsstellen bzw. Korngrenzen des zweiten, metallischen Bestandteils, deren mittlere Dicke nicht fünfzehnmal die Kohärenzlänge dieses zweiten, metallischen Bestandteils überschreitet, und die Vorzugsachsen der Kristalle von allen Körnchen eine Reihe entsprechend der Hauptrichtung des Körnchens bilden und im wesentlichen denselben Winkel α mit der Hauptrichtung des Elements bilden, für alle Körnchen.
Bei dem oben beschriebenen zusammengesetzten supraleitenden Element ermöglicht das Vorhandensein von Verbindungsstellen des zweiten, metallischen Bestandteils von kontrollierter Dicke zwischen den Körnchen und die besondere Ausrichtung der in wenigstens einer Reihe entsprechend der die Körnchen bildenen Hauptrichtung angeordneten Kristalle die Verbindungen zwischen Kristallen zu verbessern und so die kritische Stromdichte zu erhöhen.
Einer der für den Abfall der kritischen Dichte verantwortlichen Faktoren ist nämlich die Anisotropie des Materials in bezug auf die Basisebene und in der Basisebene. So gibt es im Falle von YBaCuO für jeden Kristall ein Verhältnis von ungefähr 10 zwischen den elektrischen Leitfähigkeiten in der Basisebene, die den CuO&sub2;-Ebenen entspricht, und in der senkrechten Achse, die der größeren Länge des orthorhombischen Strukturgitters entspricht. Auf Verbindungsstellen- bzw. Korngrenzenebene, mit zufällig ausgerichteten Körnern, sind die CuO&sub2;-Ebenen hoher Leitfähigkeit unausgerichtet, und aus diesem Grund muß ein Teil des Stroms entsprechend der Achse C von niedriger elektrischer Leitfähigkeit fließen, um von einem Kristall zum anderen zu gelangen.
Ebenso kommt es zu einer Verringerung der kritischen Stromdichte, wenn die Basisebenen von zwei benachbarten Kristallen unausgerichtet sind.
Erfindungsgemäß vermeidet man das erste Anisotropiephänomen in bezug auf die Basisebene, da alle Vorzugsachsen der Kristalle denselben Winkel bilden mit der Hauptrichtung des Elements, wobei die Vorzugsachse für diese anisotropen Kristalle die Achse ist, die sich außerhalb der Ebene größter elektrischer Leitfähigkeit des Kristalls oder Basisebene befindet.
Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vermeidet man auch das zweite Anisotropiephänomen, indem man außerdem die Körnchen so anordnet, daß die Vorzugsachsen der Kristalle von allen Körnchen parallel zu einer festen Richtung sind, die einen Winkel α mit der Hauptrichtung des Elements bildet. Auf diese Weise sind die Basisebenen der Kristalle in einer Körnchenreihe parallel zueinander und es gibt in der Basisebene keine Anisotropie mehr.
Ebenso ermöglicht das Vorhandensein von metallischen Verbindungsstellen kontrollierter Dicke zwischen den Körnchen eine Erhöhung der kritischen Stromdichte durch Verringerung der Verluste auf der Ebene der Verbindungen zwischen Körnchen, die bei Fehlen von metallischen Verbindungsstellen isolierenden oder halbleitenden Verbindungen entsprechen.
Um die Verbindung zwischen den Körnern durch die Verbindungsstellen des zweiten, metallischen Betandteils zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorzuziehen, wenn die Körnchen durch zwei sich gegenüberstehende, parallele Flächen miteinander verbunden sind, die im wesentlichen denselben Winkel α mit der Hauptrichtung der Vorzugsachsen der Kristalle bilden.
Bei dem zusammengesetzten Element der Erfindung kann die verwendete supraleitende Substanz verschiedenartig sein. Insbesondere ist sie eine kristalline supraleitende Substanz, die eine Anisotropie in der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den drei Achsen aufweist und für die es Probleme von schwachen Bindungen zwischen den Kristallen gibt, z.B. eine supraleitende Keramiksubstanz auf Kupferoxidbasis wie etwa die Keramiken des Typs YBaCuO , BiSrCaCuO, BiSrCaPbCu oder TlBaCaCuO.
Die Keramik auf Kupferoxidbasis kann folgender Formel entsprechen:
M¹M²Cu&sub3;O7-δ
in der M¹ ein oder mehrere Elemente von seltenen Erden darstellt, darunter Yttrium, und M² ein oder mehrere erdalkalische Metalle, ausgewählt unter Sr, Ca und Ba, und δ ist so, daß
0≤δ≤0,4.
Als Beispiele solcher Keramiken kann man Verbindungen mit folgenden Formeln anführen:
La2-xSrCuO4-δ und YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ
Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der supraleitenden Substanz der Formel YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ mit δ enthalten zwischen 0 und 0,1.
Der zweite, metallische, in dem erfindungsgemäßen Element verwendete Bestandteil wird ausgewählt unter den Metallen oder Legierungen, für die die mittlere freie Weglänge der Elektronen größtmöglich ist, selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß diese Metalle oder Legierungen chemisch nicht mit der supraleitenden Substanz reagieren unter den Herstellungsoder Verwendungskonditionen des zusammengesetzten supraleitenden Elements.
Würde man nämlich ein Material verwenden, das mit der supraleitenden Substanz reagiert, hätte dies den Effekt, die Verbindungsstellen ganz oder teilweise ihre Eigenschaften der guten elektrischen Leitfähigkeit verlieren zu lassen, die supraleitende Substanz auf Grenzflächenebene chemisch umzuwandeln oder in die Verbindungsstelle einen Film einzufügen, der keine metallischen Eigenschaften hat, z.B. einen Isolator oder einen Halbleiter. Dies würde sich global ausdrücken durch Zunahmen der Dicke der Verbindung zwischen den Körnchen sowie der mittleren freien Weglänge der Elektronen in der Verbindungsstelle.
Außerdem ist es wichtig, daß die Schmelztemperatur des verwendeten Metalls oder der Legierung nicht um mehr als 300ºC die Schmelztemperatur der supraleitenden Substanz überschreitet.
Vorzugsweise ist die Schmelztemperatur des Metalls oder der Legierung niedriger als die der supraleitenden Substanz.
Als Beispiele für verwendbare Metalle und Legierungen kann man die übergangsmetalle und die Edelmetalle nennen, und die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie z.B. Cadmium, Indium, Zinn, Blei und ihre Legierungen. Die Edelmetalle können z.B. Gold, Silber und ihre Legierungen sein.
Erfindungsgemäß kann man als zweiten, metallischen Bestandteil auch ein supraleitendes Metall oder eine Metallegierung wählen, d.h. einen supraleitenden Zustand aufweisend bei einer Nicht-Null-Temperatur, die selbstverständlich sehr viel kleiner sein kann als die der supraleitenden Hauptsubstanz.
Wenn man als zweiten, metallischen Bestandteil ein supraleitendes Metall oder eine Legierung wählt, wählt man vorzugsweise das- bzw. diejenige, bei dem/der die Kopplungskonstante zwischen den Elektronen positiv ist und so groß wie möglich, d.h. die Metalle oder Legierungen haben die höchstmögliche kritische Temperatur. Eine solche Wahl begünstigt den Transit der Cooper-Paare in die metallische Verbindungsstelle dank des Naheffekts, denn man erhöht global das Paare-Potential in der metallischen Verbindung.
Nach einer Variante kann der zweite, metallische Bestandteil mehrere Metalle enthalten. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die zwischen den Körnchen gebildeten Verbindungsstellen sich aus mehreren metallischen Schichten unterschiedlicher Art zusammensetzen.
In diesem Fall muß das Metall oder die Legierung der Schicht, die in Kontakt ist mit den Körnchen, die oben genannten Eigenschaften aufweisen, insbesondere die, unter den Vorbereitungs- oder Verwendungsbedingungen chemisch nicht mit der supraleitenden Substanz zu reagieren. Das Metall oder die Legierung, das/die die anderen Schichten der Verbindungsstelle bildet, die nicht in Kontakt sein werden mit der supraleitenden Substanz, kann deutlich andere Eigenschaften aufweisen, insbesondere bezüglich der Schmelzpunkte und der Reaktivität mit der supraleitenden Substanz, da das erste Metall eine chemische Barriere bildet.
Die Metalle oder Legierungen, die sich als zweiter, metallischer Bestandteil eignen, sind insbesondere die Übergangsmetalle und vorzugsweise die Edelmetalle.
Bei der Struktur des zusammengesetzten Elements der Erfindung muß die Dicke der metallischen Verbindungsstellen kontrolliert werden, um die gewünschten Eigenschaften. zu erhalten, vor allem die hohe kritische Stromdichte.
Die Verbindung zwischen den Körnchen der supraleitenden Substanz gewährleistet nämlich zwei Funktionen, einerseits die mechanische Verbindung der Körnchen untereinander und andrerseits die für den Durchgang von großen Supraströmen günstige elektrische Verbindung in der Verbindungsstelle. Diese beiden Funktionen erfordern, daß möglichst die Gesamtheit der sich gegenüberstehenden Flächen der supraleitenden Körnchen an der Verbindung beteiligt sind. Starke Verbindungs-Supraströme zu erhalten, erfordert die Herstellung von sehr dünnen Verbindungsstellen, was für die mechanische Festigkeit zur Folge hat, daß man auf die Qualität der Verbindungsebenen der Körnchen achten muß. Die metallischen Verbindungsstellen haben eine auf 15mal die effektive Kohärenzlänge des Metalls begrenzte mittlere Dicke.
Geeignete mittlere Verbindungstellendicken befinden sich in dem Bereich, der von 5 bis 1000nm geht. Vorzugsweise sind sie kleiner als 40nm, wenn das supraleitende Element dazu bestimmt ist, bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs zu funktionieren, und kleiner als 700nm, wenn das Element dazu bestimmt ist, bei der Temperatur des flüssigen Heliums zu funktionieren.
Vorzugsweise umfaßt das erfindungsgemäße supraleitende Element außerdem einen Träger oder eine Hülle aus Metall, wenigstens einer Körnchenreihe zugeordnet, einen zu dem des Supraleiters parallelen Stromleiterkreis bildend, um im Falle eines lokalen Verlustes der Supraleitfähigkeit den Strom zu transportieren.
Die Körnchenreihe kann mit einer Kette verglichen werden, deren Glieder die Körner sind, und die maximale Stromdichte, die diese Kette transportieren kann, ist begrenzt auf die des kleinsten Körnchen oder der kleinsten Verbindungstelle zwischen Körnchen, es sei denn, es gibt einen effizienteren parallelen Stromkreis.
Das Metall oder die Legierung, den Träger oder die Hülle bildend, muß also folgende Eigenschaften aufweisen:
- eine gute elektrische Leitfähigkeit,
- eine chemische Kompatibiltät mit der supraleitenden Substanz,
und
- einen Wärmeausdehnungskoeffizlenten nahe dem der supraleitenden Substanz.
Für den Fall, daß die supraleitende Substanz ein Mischoxid mit hoher kritischer Temperatur ist, kann man z.B. die Edelmetalle und ihre Verbindungen verwenden, insbesondere Gold und Silber, und die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Cadmium, Zinn, Indium und Blei. Diese Metalle weisen nämlich den Vorteil auf, bei Temperaturen verarbeitet zu werden, die nicht schädlich sind für die supraleitende Substanz.
Man kann auch einen Träger oder eine Hülle verwenden, gebildet durch mehrere übereinanderliegende Schichten. In diesem Fall besteht die Schicht, die in Kontakt ist mit der supraleitenden Substanz, aus einem der vorhergehenden Metalle bzw. Legierungen, das bzw. die die gewünschte chemische Kompatibiltät mit der supraleitenden Substanz hat. Die anderen Schichten, die nicht in Kontakt sind mit der supraleitenden Schicht, können aus einem gewöhnlichen Metall hergestellt werden, z.B. aus Kupfer, Nickel und ihren Legierungen oder aus nichtoxidierbarem Stahl.
Vorzugsweise haben die Körnchen erfindungsgemäß eine nahezu konstante Dicke und Breite. Außerdem haben sie vorzugsweise eine geringe Dicke und präsentieren sich z.B. in Form von Plättchen oder Lamellen. In diesem Fall sind die Plättchen so angeordnet, daß ihre Seite mit der größten Fläche auf dem Träger aufliegt. Dies ist insbesondere der Fall von durch das Wachsen von Monokristallen hergestellten Körnchen, denn diese letzteren wachsen so, daß ihre Dicke der Vorzugsachse entspricht.
Erfindungsgemäß kann das zusammengesetzte Element eine einzige Körnchenreihe oder mehrere Körnchenreihen umfassen. Wenn das Element mehrere Körnchenreihen umfaßt, können diese nebeneinanderliegen in einer oder den beiden zur Hauptachse des Elements senkrechten Richtungen, indem sie voneinander getrennt sind durch einen Träger oder eine Metallhülle.
Man kann so nebeneinander- oder übereinanderliegende Strukturen von Körnchenreihen erhalten, d.h. Strukturen des mehradrigen bzw. -drähtigen oder mehrschichtigen Typs.
In allen Fällen kann das supraleitende Element, gebildet durch eine einzige Reihe oder durch mehrere nebeneinanderliegende Reihen, umgeben sein von einer Außenhülle, die einen elektrischen, mechanischen und chemischen Schutz gewährleistet. Diese Hülle kann aus Metall sein, z.B. aus denselben Metallen und Legierungen wie vorhergehend.
Man kann auch eine nichtmetallische Hülle verwenden, deren Rolle beschränkt ist auf den mechanischen und chemischen Schutz, z.B. eine Kunstharzhülle.
Die Erfindung hat ebenfalls ein Herstellungsverfahren des oben beschriebenen, supraleitenden zusammengesetzten Elements zum Gegenstand.
Dieses Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
a) Vorbereiten der Körnchen aus kristalliner supraleitender Substanz, bestehend aus wenigstens eine Reihe, gebildet durch wenigstens einen Kristall einer supraleitenden Substanz mit einer privilegierten Achse bzw. Vorzugsachse entsprechend der größeren Seite des Kristallgitters, wobei die Kristallreihen eine Vorzugsachse über die Gesamtheit der Länge des Körnchens aufweisen und somit die Hauptrichtung des Körnchens definieren und die Vorzugsachsen parallel sind zu ein und derselben Ebene;
b) Uberziehen von wenigstens zwei entgegengesetzten Seiten der Körnchen, parallel zu den kristallographischen Vorzugsachsen der Kristalle, mit einem Film, der wenigstens eine Metall- oder Metallegierungsschicht umfaßt;
c) Zusammenfugen der Körnchen derart, daß sie eine sich in der Hauptrichtung des Elements erstreckende Reihe bilden, in der die Körnchen in Kontakt sind durch ihre entgegengesetzten, mit dem metallischen Film bedeckten Seiten und in der die kristallographischen Vorzugsachsen aller Kristalle im wesentlichen denselben Winkel mit der Hauptrichtung bilden; und
d) Durchführen einer Wärmebehandlung der Körnchenreihe, um die Körnchen miteinander zu verbinden durch metallische Verbindungsstellen, gebildet aus besagten Filmen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Die Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Verbindungsart der Körnchen der Erfindung.
Die Figur 2 zeigt eines der Körnchen der Figur 1, gebildet aus mehreren Kristallen, im Vertikalschnitt.
Die Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Verbindungsart der Körnchen der Erfindung.
Die Figur 4 ist eine perspekivische Ansicht der dritten Verbindungsart der Körnchen der Erfindung.
Die Figur 5 stellt ein Körnchen der Figur 4 perspektivisch dar.
Die Figur 6 ist eine Kurve, die die Veränderungen der kritischen Stromdichte von erfindungsgemaßen Elementen in Abhängigkeit von der Dicke der metallischen Verbindungsstellen zeigt.
Die Figur 7 zeigt Kurven, die die Veränderungen der kritischen Stromdichte von erfindungsgemäßen Elementen in Abhängigkeit von der Temperatur (in K) zeigt.
Im ersten Schritts des Verfahrens der Erfindung bereitet man aus wenigstens einem Kristall bestehende Körnchen aus supraleitender Substanz vor.
Wenn das Körnchen mehrere Kristalle umfaßt, bereitet man diese Körnchen derart vor, daß alle Kristalle des Körnchens, die sich entsprechend der Hauptrichtung über die Länge des Körnchens erstrecken, ihre kristallographische Achse, genannt privilegierte Achse bzw. Vorzugsachse, in ein und derselben Ebene haben.
Dies kann man durch klassische Verfahren erreichen, die zurückgreifen auf Kristallwachstumstechniken wie etwa die Fest- Fest-Transformation bzw. -Umwandlung, die Schmelzwachstumstechniken, das Wachstum in Lösung durch Flußmittel unter hydrothermischen Bedingungen, die Gasphasen-Wachstumstechniken durch thermische Verdampfung, Elektronenbombardierung oder Laser- Ablation und die Gasphasen-Wachstumstechniken durch die chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD).
Wenn das Körnchen durch mehrere Kristalle gebildet wird, kann man auch die einachsigen oder isostatischen Kompressionstechniken verwenden, um die gewünschte Orientierung der Vorzugsachse jedes Kristalls in dem Körnchen zu erhalten.
So orientieren sich im Falle von Supraleitern mit zweidimensionaler Struktur des YBaCuO -Typs die Kristalle bei der einachsigen Kompression derart, daß die zur Leitungsebene der Kristalle senkrechte Achse, die die Vorzugsachse ist, sich in der Richtung der Kompressionskraft befindet.
Man kann die gewünschte Orientierung der Kristalle auch erhalten durch die Wirkung eines Magnetfeldes, z.B. auf ein Pulver der supraleitenden Substanz, gefolgt von einem Sintern, um diese Orientierung festwerden zu lassen.
Die magnetischen Orientierungseinrichtungen beruhen auf einer der Eigenschaften der Kristalle der Supraleiters mit hoher kritischer Temperatur. Die Ausrichtung der Kristalle ist abhängig von der Anisotropie der magnetischen Suszeptibilität der Körner. Die Körner haben die Tendenz sich so auszurichten, daß die Richtung mit der größten paramagnetischen Suszeptibilität parallel ist zu dem angewandten Magnetfeld.
Die Ausrichtung erfolgte an YBaCuO und HoBaCu0, das man erhielt, indem man das Yttrium durch Holium ersetzt hat. Das Holium besitzt ein effektives paramagnetisches Moment, das größer ist als das des Yttriums, was die paramagnetische Suszeptibilität der Verbindung erhöht.
Schließlich kann man die klassischen Monokristall- Herstellungstechniken wie z.B. das Zonenschmelzen oder die Epitaxie anwenden, um Körnchen zu erhalten, die durch einen einzigen Kristall gebildet werden.
Vorzugsweise stellt man erfindungsgemäß Körnchen her, bei denen eine der Dimensionen klein ist gegenüber den beiden anderen, um Körnchen mit der Form von Plättchen oder Lamellen zu erhalten, bei denen die Grundfläche einer Vorzugsebene der elektrischen Leitfähigkeit des Körnchen entspricht. Man kann auch zylindrische Körnchen mit kleinem Durchmesser und einer größeren Höhe herstellen. Im Falle von Keramiken auf der Basis von Kupferoxid, wie z.B. die Supraleiter des YBaCuO-Typs, beträgt die Dicke der monokristallinen Körchen vorzugsweise ungefähr 0,01 bis 0,1cm, wobei die anderen Dimensionen des Plättchens oder der Lamelle in der Größenordnung von 0,1 bis 1cm sind.
Die hergestellten Körnchen haben eine genaue Orientierung und werden im Falle der Supraleiter des Oxidtyps z.B. durch Lamellen gebildet, deren Leitungsebene die große Fläche bzw. Hauptfläche bildet. Das Wachstum dieser Kristalle, die zu einem der quadratischen oder orthorhombischen Systeme gehören, bewirkt, daß sie sich in Form von Nadeln oder länglichen Lamellen entwickeln. Die zur Ebene der Lamelle senkrechten Flächen enthalten die Vorzugsrichtung der Kristalle.
Beim zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens überzieht man wenigstens zwei entgegengesetzte Seiten der Körnchen, die vorzugsweise parallel sind zu den kristallographischen Vorzugsachsen der Kristalle, mit einem Film, der wenigstens eine Metall- oder Metallegierungsschicht umfaßt, die dazu dient, in dem zusammengesetzten Element die Verbindungsstellen zwischen benachbarten Körnchen herzustellen.
Wenn das Plättchen die Form eines Parallelflachs von geringer Höhe hat, sind die zu überziehenden Seiten zwei entgegengesetzte seitliche Flächen des Parallelflachs, vorzugsweise diejenigen, die der kleineren Seite des Grundparallelogramms entsprechen.
Das Abscheiden der Metall- oder Metallegierungsschichten kann durch die klassischen Techniken erfolgen, z.B. physikalische Techniken wie die thermische Verdampfung, die Kathodenzerstäubung, die Abscheidungstechniken, bei denen das Target verdampft wird unter der Wirkung eines hochenergetischen Laserimpulses oder durch Elektronenbombardement, oder chemische Techniken wie die chemischen Gasphasenabscheidungen, die chemischen Abscheidungen des Metalls durch Umlagerung oder auch die Verwendung von das Metall enthaltenden mineralischen oder organischen Phasen, die nach entsprechender chemischer Behandlung eine Metallschicht zurücklassen.
Diese Abscheidungstechniken eignen sich nämlich, da sie ermögliche, die abgeschiedenen Dicken zu kontrollieren, z.B. durch Veränderung der Resonanzfrequenz eines Quartzes im Falle der Gasphasentechniken, oder durch Steuerung der Salzkonzentrationen des Bades und der Abscheidungszeiten bei den Lösungsabscheidungstechniken.
Wie man vorhergehend gesehen hat, muß die Dicke der Abscheidung gering sein, damit die metallischen Verbindungsstellen zwischen den Körnchen keine zu großen Dicken aufweisen, was nachteilig wäre für die elektrische Körnchen-Zwischenverbindung.
Vorzugsweise ist die Abscheidungsdicke begrenzt auf 50nm und, wieder vorzugsweise, im Falle von Oxid-Supraleitern mit hoher kritischer Temperatur auf ungefähr zehn Elektronenschalen Metall, was z.B. ungefähr 3nm ist für 10 Schalen.
Im allgemeinen schützt man die Abscheidung vor Sauerstoff, um die Bildung einer Oxidschicht auf dem abgeschiedenen Metall zu vermeiden. Zum Beispiel arbeitet man unter einem neutralen Gas wie Argon. Jedoch kann in bestimmten Fällen die Abscheidung unter Sauerstoff erfolgen, vor allem im Falle der YBaCuO-Supraleiter, wo das Vorhandensein von Sauerstoff die Stabilisierung von supraleitenden Eigenschaften begünstigt.
Erfindungsgemäß kann die Abscheidung entweder auf den beiden Verbindungsflächen des Körnchens erfolgen oder auf der Gesamtheit der Außenfläche der Körnchen, denn dies bildet keinen Nachteil und erleichtert eher die Durchführung der Abscheidung, insbesondere im Falle der chemischen Verfahren und der Verdampfungstechniken. In den Bereichen, die nicht der Verbindung zwischen den Körnchen dienen, haben kleinere oder größere abgeschiedene Metalldicken keine Auswirkung auf die Eigenschaften des zusammengesetzten Endelements.
Wenn die metallischen Filme mehrere metallische Schichten umfassen, scheidet man nacheinander diese verschiedenen Schichten ab, indem man die oben erwähnten klassischen Techniken anwendet.
Nach dem Überziehen der Körnchen durch den Film mit wenigstens einer Metall- oder Metallegierungsschicht, setzt man die Körnchen zusammen, um eine Körnchenreihe zu bilden, die sich nach der Hauptrichtung des Elements erstreckt.
In den Figuren 1 bis 5 wurden unterschiedliche Verbindungsarten dieser Körnchen dargestellt.
So zeigt die Figur 1 perspektivisch eine erste Ausführungsart der Erfindung, bei der man Körnchen zusammensetzt, die ihrerseits selbst gebildet werden durch eine Verbindung von Kristalliten des supraleitenden Materials, derart, daß die Vorzugsachsen der Kristalle im wesentlichen denselben Winkel α mit der Hauptrichtung des Elements bilden und somit parallel zu ein und derselben Ebene bleiben. Ein Kristallit wird aus einem Kristall oder aus mehreren Kristallen gebildet.
In dieser Figur 1 sieht xnan, daß die Körnchen 1 die Form von rechteckigen Parallelflachen aufweisen, deren Vorzugsachsen P senkrecht zur Basis des Parallelflachs sind und deren entgegengesetzte seitliche Flächen 5 überzogen sind mit einem Metallfilm.
In diesem Fall, der ersten Ausführungsart der Erfindung entsprechend, setzt man die Körnchen 1 so zusammen, daß die Vorzugsachsen P der Kristalle der Körnchen denselben Winkel α mit der Hauptrichtung D des Elements bilden, d.h. in diesem Fall einen Winkel von 90º.
Bei dieser Ausführungsart ist die Vorzugsachse des Kristalls senkrecht zu seinen beiden anderen Kristallachsen. Dies ist der Fall der supraleitenden Materialien mit hoher kritischer Temperatur wie z.B. des Typs YBaCuO, BiSrCaCuO, BiSrCaPbCuO und TlBaCaCuO, bei denen die Vorzugsachse des Kristalls definiert wird durch die Längsseite des Gitters, mit bezeichnet. Diese Achse ist senkrecht zu den Leitungsebenen wie CuO&sub2;, die die beiden anderen Längen und definieren.
Es sei präzisiert, daß in dem Fall, wo jedes Körnchen durch mehrere Kristalle gebildet wird, die Vorzugsachsen der Kristalle, die sich über die Gesamtheit der Länge des Körnchens erstrecken, in jedem Körnchen so orientiert sind, daß sie senkrecht bleiben zur Hauptrichtung des Elements, wobei sie parallel bleiben zu ein und derselben Ebene.
Eine solche Kristallansammlung zeigt die Figur 2, die einen Schnitt durch ein Körnchen 1 in einer zur Hauptrichtung D des Elements senkrechten Ebene darstellt. In dieser Figur sieht man, daß alle Vorzugsachsen P der Kristalle 3 sich in der Schnittebene des Körnchens befinden.
In dieser ersten Ausfuhrungsart sind die Leitungsebenen von jedem der Kristalle nur zu der Hauptrichtung des Elements parallel. In diesem Fall interessiert man sich für die Verbindungen der Enden zwischen den Kristallen und nicht für die Leitfähigkeit zwischen den Kristallen in der Schnittebene der Figur 2. So kann man nicht-supraleitende Störphasen zwischen den Kristallen akzeptieren unter der Bedingung, daß man über die Länge des Körnchens in der Fortpflanzungsrichtung des elektrischen Stroms die Perkolation der supraleitenden Kristalle gewährleistet. Diese Anordnung ist vorteilhaft, denn sie entspricht einer Kristallwachstumsart. Die Verbindung zwischen Körnchen wird hergestellt durch zu den Vorzugsachsen der Kristalle senkrechte Ebenen, d.h. Ebenen senkrecht zu der Hauptrichtung des Elements.
Nach einer zweiten Ausführungsart der Erfindung ist die Verbindung der Körnchen untereinander derart, daß die Vorzugsachsen von allen Kristallen parallel sind zu einer feststehenden Richtung.
Die Figur 3 stellt eine solche Verbindungsart dar. In dieser Figur sieht man, daß die Körnchen 1 die Form von schiefen Parallelflachen haben. Wenn α gleich 90 ist, handelt es sich um Kristalle des kubischen, quadratischen oder orthorhombischen Systems. Wenn α abweicht von 90º handelt es sich um Kristalle des klinorhombischen, rhomboedrischen Systems. Bei jedem der Körnchen bilden die Vorzugsachsen P der Kristalle denselben Winkel α mit der Hauptrichtung D des Elements und bleiben dabei außerdem parallel zu einer feststehenden Richtung F, die denselben Winkel α mit der Richtung D bildet. Die Körnchen haben nicht notwendigerweise die gleichen Dimension, sind aber untereinander durch zwei entgegengesetzte Seiten zusammengesetzt, die parallel sind zu einer festen Ebene, die denselben Winkel α mit der Richtung D bildet.
Nach einer dritten Ausführungsart der Erfindung ist die Verbindung der Körnchen untereinander derart, daß die Vorzugsachsen aller Kristalle senkrecht sind zu der Hauptrichtung des Elements und dabei parallel bleiben zu einer festenstehenden Richtung.
Die Figur 4 stellt eine solche Verbindungsart dar. In dieser Figur sieht man, daß die Körnchen 1 die Form von rechtwinkligen Parallel flachen haben mit Vorzugsachsen P der Kristalle, die senkrecht sind zur Basis des Parallelflachs und zur Hauptrichtung D, wie bei der ersten Ausführungsart, jedoch sind in diesem Fall die Vorzugsachsen P außerdem parallel zu der feststehenden Richtung F, die ebenfalls senkrecht ist zu der Hauptrichtung D.
Bei dieser Verbindungsart werden die Verbindungen zwischen Körnchen bewirkt durch zu der Richtung D senkrechte Flächen.
Bei den verschiedenen Ausführungsarten der Erfindung kann man die Kristalle in jedem Körnchen so orientieren, daß eine der anderen Achsen des Kristalls parallel ist zu der Hauptrichtung des Elements.
Die Figur 5 zeigt perspektivisch ein solchen Körnchen. In dieser Figur, die dem Fall von YBaCuO entspricht, bei dem die Vorzugsachse P der Längsseite des kristallographischen Gitters entspricht, stellen und jeweils die beiden anderen Längen des kristallographischen Gitters dar. Man sieht, daß eine der Achsen a und b von jedem Elementarkristall parallel ist zu der Hauptrichtung D des Elements.
Diese Orientierung ist vorteilhaft, denn sie entspricht einer Ausrichtung der Leitungsebenen der Kristalle. Man kann die Resultate noch verbessern, indem man die Kristalle und die Körnchen derart orientiert, daß eine der Kristallachsen oder die die beste Leitfähigkeit aufweist, parallel ist zu der Richtung D, was dem Fall von durch Monokristalle gebildeten Körnchen entspricht.
Es sei prazisiert, daß man erfindungsgemäß gewisse Toleranzen bezüglich der Winkeln zwischen den Vorzugsachsen und der Hauptrichtung akzeptieren kann, z.B. Differenzen in der Größenordnung von +5º, und daß es sich ebenso verhält bezüglich der Parallelität zwischen den Vorzugsachsen und der feststehenden Richtung oder der feststehenden Ebene, oder zwischen den Verbindungsflächen der Körnchen und der feststehenden Ebene, wo die Parallelitätsabweichungen ebenfalls den Bereich +5º umfassen können.
Im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet man eine Körnchenreihe, die sich in der Hauptrichtung des Elements erstreckt, indem man die Körnchen eines hinter dem anderen so anordnet, daß ihre mit dem Metallfilm überzogenen Seitenflächen miteinander in Kontakt sind durch Verfolgen von einer der oben beschriebenen Verbindungsarten. Die Orientierung des Körnchens kann leicht bewirkt werden, wenn es sich in Form von Plättchen mit geringer Dicke präsentiert. Man kann diese Vororientierung auch durch die Wirkung eines Magnetfeldes bei Umgebungstemperatur erreichen.
Im vierten Schritt des Verfahrens stellt man durch Sintern die Verbindungen zwischen den Körnchen her, z.B. indem man die Körnchenverbindung in einen Ofen gibt, der mittels Stromwärme geheizt wird oder in die Schleife eines Hochfrequenzofens. Diese Operationen werden in kontrollierter Atmosphäre durchgefuhrt und die gewählte Atmosphäre hangt ab von der Art der supraleitenden Substanz und von dem die Filme bildenden Metall bzw. der Metallegierung.
Im Falle von Filmen aus Silber oder aus einem seiner Legierungen und einer supraleitenden Substanz des YBaCuO -Typs kann man eine Atmosphäre verwenden, die Sauerstoff enthält, denn die Schmelztemperatur von Silber ist niedrig und das Vorhandensein von Sauerstoff erweist sich als günstig für das supraleitende Oxid. Jedoch bevorzugt man im allgemeinen das Arbeiten in einer Atmosphäre aus neutralem Gas, z.B. Argon oder Helium, um die Oberflächenoxidation des Metallfilms zu vermeiden, vor allem wenn es sich um oxidierbare Metalle handelt und insbesondere um Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt.
Nach dieser Behandlung erhält man ein supraleitendes Element, gebildet aus einer Reihe durch metallische Verbindungsstellen miteinander vereinten Körnchen.
Im allgemeinen unterzieht man das Element wenigstens einem zusätzlichen Schritt zur Herstellung eines Trägers oder einer Hülle, um eine mechanische Konsolidierung des Aufbaus sicherzustellen und einen parallelen Leitungskreis für den Fall eines lokalen Verlustes der Supraleitfähigkeit.
Im Falle eines Tragers kann dieser nur eine Seite der supraleitenden Kornchenreihe bedecken.
Dieser Träger kann hergestellt werden mittels klassischer Techniken, z.B. durch Plattieren eines formbaren Metallfilms wie Gold oder Silber, durch Abscheiden eines dicken Metallfilms, durch Zerstäuben mit dem Plasmabrenner für die Metalle wie Gold, Silber oder die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt oder, fürs die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Cadmium, Indium, Zinn, Blei oder ihre Legierungen, wieder durch Techniken, die ein geschmolzenes Metall verwenden Im Fall einer die ganze Körnchenreihe umgebenden Hülle kann man dieselben Plattierungs- und Abscheidungstechniken verwenden, vor allem die Techniken, die ein geschmolzenes Metall verwenden.
Nach Herstellung des Trägers oder der Hülle kann man mehrere Reihen von Elementen miteinander verbinden, um Elemente des mehradrigen bzw. -drähtigen oder mehrschichtigen Typs zu bilden.
Erfindungsgemäß kann man ebenfalls eine zusätzliche Wärmebehandlung zur Stabilisierung des Elements durchführen, um die inneren Spannungen zu lösen und eventuell ein anionisches Gleichgewicht des Gitters der supraleitenden Substanz wiederherzustellen. Die Bedingungen dieser Behandlung hängen insbesondere ab von der supraleitenden Substanz und von den verwendeten Metallen. Sie kann entweder vor oder nach der Herstellung des Trägers oder der Hülle durchgeführt werden.
In bestimmten Fällen vervollständigt man anschließend das Element durch eine äußere Schutzhülle, vor allem wenn der Träger nur einen Teil der Außenfläche des Elements bedeckt. Die Rolle dieser Hülle ist es, die Dichtheit sicherzustellen und die supraleitende Substanz zu schützen gegen schädliche Einwirkungen der Handhabung und gegen chemische Angriffe.
Die Außenhülle kann hergestellt werden aus Kunstharz, erhalten z.B. durch Polymerisation unter ultravioletter Strahlung. Für den Fall, daß die Körnchenreihe oder -reihen schon überzogen sind mit einer metallischen Hülle, kann die Umhüllung aus einem Metall- oder Metallegierungsrohr bestehen. Die verwendeten Metalle können gewöhnliche Metalle sein wie Kupfer, Nickel oder nichtoxidierbarer Stahl.
Man erhält so am Ende des Prozesses ein längliches supraleitendes zusammengesetztes Element, gekennzeichnet durch:
- eine hohe Stromdichte, größer als die der Gesinterten, und eventuell
- eine unidirektionelle relative Flexibilität, und
- einen wirksamen elektrischen, mechanischen und chemischen Schutz der supraleitenden Substanz.
Die nachfolgenden, selbstverständlich nicht einschränkenden Beispiele zeigen die Ausführung von erfindungsgemäßen supraleitenden Elementen. In allen Beispielen verwendet man als supraleitende Substanz ein Kupfermischoxid der Formel YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ.

Beispiel 1:

Vorbereitung eines supraleitenden Pulvers aus YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ.
Diese Vorbereitung beginnt man mit Y&sub2;O&sub3;-, BaCO&sub3;- und CuO-Pulvern von hoher Reinheit mit einem Molverhältnis von 1/2, 2, 3. Man mahlt und mischt dieser Pulver, gibt dann die Mischung in einen Platintiegel, den man unter Luft während 8 h auf 900º hält, um die Reaktion zwischen den verschiedenen Bestandteilen zu bewirken. Der erhaltene Festkörper wird wieder zermahlen und durchläuft wieder dieselbe Wärmebehandlung. Man wiederholt die Reaktion noch zweimal mit einer Erwärmung auf 950ºC unter Sauerstoff, wobei die Temperaturanstiege und -abfälle ungefähr 100ºC/h betragen.
Die Analyse des erhaltenen Produkts durch Röntgenwellen-Diffraktion zeigt, daß es sich um die YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ- Phase mit orthorhombischer Struktur handelt, mit den Gitterkonstanten:
a=0, 383nm
b=0,389nm, und
c=1, 168nm.
Jedes Korn des Pulvers ist polykristallin.
Man überprüft, ob das Pulver supraleitend ist bei einer Temperatur von ungefähr 90K, indem man den Test durch Messung der magnetischen Suszeptibilität durchführt.

Beispiel 2

In diesem Beispiel bereitet man ein zusammengesetztes supraleitendes Element aus dem in Beispiel 1 erhaltenen Pulver vor, indem man die metallischen Verbindungsstellen aus Silber herstellt und indem man die Körnchen der ersten Ausführungsart der Erfindung entsprechend anordnet.
Man komprimiert isostatisch und in kaltem Zustand das Pulver aus YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ mit einer gleichmäßigen Ganulometrie von ungefähr 20um, um durch Anwendung eines Drucks von 300MPa während einer Minute ein Körnchen zu erhalten, das die Form eines Rotationszylinders aufweist, dessen Durchmesser 3mm beträgt und die Länge 30mm. Man führt das erhaltene Körnchen anschließend in ein nichtoxidierbares dünnwandiges Stahlrohr ein, man erzeugt während drei Stunden durch Pumpen ein Vakuum in diesem Rohr, man versiegelt dieses und komprimiert es isostatisch während 1h bei 800ºC mit Hilfe von Argon unter 200MPa. Während dieser Kompression orientieren sich die privilegierten Achsen bzw. Vorzugsachsen der Kristalle des Körnchens vorzugsweise in der zum Zylinder normalen bzw. senkrechten Ebene.
Man kühlt anschließend in 3h auf die Temperatur von 25ºC ab und entnimmt dann das Körnchen seiner Umhüllung.
Man stellt mehrere Körnchen diesem Art her, unterzieht ihre zur Achse des Zylinders senkrechten Endflächen einer Rektifikation bzw. Schleifoperation und überzieht sie mit einem Silberfilm einer Dicke von 50nm durch Verdampfung des geschmolzenen Metalls unter Vakuum. Man kontrolliert die Dicke des Films durch die Resonanzfrequenz eines Quartzes.
Über einem derart vorbereiteten uberzogenen und vertikal gehaltenen zylindrischen Körnchen bringt man die anderen Körnchen so an, daß ihre mit einem Silberfilm überzogenen Endflächen in Kontakt sind und führt dann die Verbindung radial in einen Ofen ein, der durch einen Sauerstoffstrom mit einem Druck von 10&sup5;Pa gespült wird.
Bei dieser Verbindung bleiben die Vorzugsachsen der Kristalle senkrecht zu der Verbindungsrichtung, sind aber nur parallel zu einer festen Ebene, wie dargestellt in Figur 1.
Man läßt die Verbindung im Ofen zirkulieren und heizt den Ofen derart, daß die Temperatur jedes Körnchens zunimmt von 25 auf 940ºC mit einer Geschwindigkeit von 300ºC/h und daß die Aufenthaltstemperatur eines Kornchens bei Hochsttemperatur 0,01 bis 0,1h beträgt, wonach man abkühlt bis auf 550ºC mit einer Geschwindigkeit von 20ºC/h. Man erhält so ein Element, das eine Reihe von Körnchen umfaßt, die durch Verbindungsstellen aus Silber verbunden sind.
Anschließend stellt man auf einem Teil der Außenfläche der Körnchen einen Träger aus Silber her, indem man den Aufbau während 10h auf 550ºC hält und indem man ihn seitlich mit einer Silberschicht von ungefähr 0,5mm Dicke uberzieht, abgeschieden mittels Plasmabrennertechnik. Dieser Technik entsprechend führt man der heißen Flamme eines Plasmabrenners Silberpulver zu und spritzt Tröpfchen des geschmolzenen Metalls auf die Seitenfläche des Elements, das sich kontinuierlich vor dem Plasmabrenner bewegt. Nach dieser Operation der Beschichtung und simultanen Stabilisierungs-Wärmebehandlung bei 550ºC unter Sauerstoff verläßt das zusammengesetzte supraleitende Element den Ofen mit einer Geschwindigkeit von 300ºC/h. Man kann so kontinuierlich ein supraleitendes zusammengesetztes Element von großer Länge herstellen.
Man überprüft anschließend, ob der Kern des zusammengesetzten supraleitenden Elements polykristallinem YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ entspricht, indem man die kritischen Supraleitungsübergangstemperatur bzw. Quenchtemperatur mit einem Strom von 0,lA mißt. Man stellt fest, daß sie 90K beträgt. Die Breite des Ubergangs beträgt 3K zwischen 10% und 90% der Hohe des Ubergangs. Die kritischen Stromdichten betragen ungefähr 200 bis 400A/cm².

Beispiel 3

Dieses Beispiel betrifft die Herstellung eines zusammengesetzten supraleitenden Elements, bei dem die Körnchen der zweiten Ausführungsart der Erfindung entsprechend zusammengesetzt sind durch Silber-Verbindungsstellen mit Vorzugsachsen, die senkrecht zu der Hauptrichtung des Elements angeordnet sind.
Man verwendet das im Beispiel 1 vorbereitete Pulver YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ und formt aus diesem Pulver durch einachsige Kompression unter 150MPa bei 25ºC ohne Bindemittel parallelflache Körnchen mit 3mm Durchmesser, 3mm Breite und 30mm Länge. Man ordnet diese Körnchen anschließend in länglichen Schiffchen bzw. Kästchen aus Zirkon an, stabilisiert mit 9% Yttrium, die einem Körnchen entsprechende Innenmaße haben, und gibt diese Kästchen in einen Ofen. Man erwarmt die Körnchen in dem Ofen, gespült durch einen Sauerstoffstrom unter einem Druck von 10&sup5;Pa, mit einer Geschwindigkeit von 100ºC/h. Bei 1300ºC ist das Mischoxid flüssig und man beginnt den Abkühlungsprozeß und das YBaCuO-Kristallwachstum.
Zu diesem Zweck hält man ein Ende des Kästchens auf 1300ºC und kühlt das andere Ende ab auf 1100ºC, mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 50ºC/h. In diesem Moment läßt man die Temperatur des Ofens absinken unter Berücksichtigung des Gradienten von 200ºC, bis die Maximaltemperatur des Kästchens 700ºC beträgt. Jenseits fällt die Temperatur des Ofens gleichmäßig mit 100ºC/h bis auf 25ºC.
Bei dieser Schmelzoperation zerfällt die Anfangsverbindung teilweise. Ein Teil kristallisiert in Form von Nadeln, so bezeichnet, weil die mittleren Abmessungen der Kristalle je nach Abkuhlungsgeschwindigkeit 0,5 bis 5mm Länge aufweisen und 0,01 bis 0,1mm bei den QuerdimEnsionen. Diese Nadeln entsprechen den YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ-Kristallen, für die eine gemeinsame Richtung existiert. Die Achse ist für alle Kristalle des Körnchens senkrecht zu der Längsrichtung der Nadel. Eine interessante Besonderheit dieser Kristalle ist, daß sie sich bei hoher Temperatur unter der tetragonalen Form YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ entwickeln, mit 0,5< δ< 1, d.h. daß die Achsen der Leitungsebene (a und b) undifferenziert sind und daß die eine der Richtung der Nadel entspricht. Beim Abkühlen, infolge des Oxidierens der kristallinen Form bei hoher Temperatur, ist die der Vorzugsrichtung der Nadel entsprechende Achse a oder b (a≠b) und dies in derselben Kristallnadel. Die volumenbezogene Masse der nadelförmigen Kristalle ist die des massiven Materials. Beim Kristallwachstum entwickeln sich Bereiche gleicher kristalliner Formen, die Nadeln entsprechen, nebeneinander, wobei sie manchmal getrennt sind durch nicht-supraleitende Substanzteile wie Y&sub2;BaCuO&sub5;. Diese inhomogenen Verbindungen werden entnommen und bilden die Körnchen des zusammengesetzten supraleitenden Elements. Man unterzieht die Enden dieser Körnchen einem kristallinen Schnitt, überzieht sie dann mit einem Silberfilm von ungefähr 20nm Dicke mittels thermischer Verdampfung. Man erhält somit Körnchen mit einem Querschnitt von 1 bis 2mm und einer Länge von 3 bis 5mm.
Man stellt dann die Verbindung dieser Körnchen her, indem man sie magnetisch ausrichtet. Zu diesem Zweck läßt man auf jedes Körnchen ein gleichmäßiges Magnetfeld von lokoe wirken, das die Körnchen so orientiert, daß die Längsrichtung senkrecht zu den Feldlinien ist. Man führt dann das Körnchen radial, so daß es mit seinem unteren Ende in Kontakt kommt mit dem oberen Ende des schon an seinem Platz befindlichen Körnchens.
Anschließend unterzieht man die so hergestellte Verbindung einer Warmebehandlung bei 940ºC, unter Sauerstoff, indem man das Element in einem Ofen mit einer Geschwindigkeit von 200ºC/h aufwärmt, wie in Beispiel 2.
Nach dieser Operation scheidet man auf der Außenfläche des Elements eine Silberschicht von 0,2 bis 0,4mm Dicke ab durch Spritzen von Silberpulver mit der Plasmafackel, während das Element auf eine Temperatur von 500ºC gebracht wird.
Nach dieser Operation unterzieht -man das Element einem Tempern zwischen den Temperaturen 500 und 400ºC während 48h, dann nimmt man das Element aus dem Ofen mit einer Geschwindigkeit von 100ºC/h.
Das erhaltene Element hat eine kritische Stromdichte von ungefähr 800A/cm².

Beispiel 4

In diesem Beispiel verfolgt man dieselbe Vorgehensweise wie in Beispiel 3, um das zusammengesetzte Element vorzubereiten, bestehend aus Körnchen, vereinigt durch Verbindungsstellen aus Silber. In diesem Fall, nach der Wärmebehandlung bei 940ºC unter Sauerstoff, führt man ein Tempern des Elements zwischen den Temperaturen 500 und 400ºC durch während 48h, dann scheidet man auf der Oberfläche des Elements eine Indiumschicht von 0,5mm Dicke ab, durch Indiumabscheidung bei 160ºC.
Die kritische Stromdichte des erhaltenen Elements ist 600A/cm².

Beispiel 5

In diesem Beispiel stellt man ein supraleitendes Element her, bei dem die Körner durch Verbindungsstellen aus Silber vereinigt und der zweiten, in Figur 4 dargestellten Ausführungsart der Erfindung entsprechend verbunden sind.
Man führt das in Beispiel 1 vorbereitete Pulver aus YBaCuO einer Größe von ungefähr 10um in eine einachsige Presse ein und unterzieht es simultan unter Luft einer Wärme- und Druckbehandlung. Man läßt den Druck linear anwachsen bis auf 100MPa, während die Temperatur ansteigt von 25 auf 700ºC mit der Geschwindigkeit von 200ºC/h. Man hält den Druck während 3h bei 700ºC aufrecht, sodann bei der Abkühlung, ausgeführt mit der Geschwindigkeit von 200ºC/h. Anschließend sintert man das Material während 8h bei 950ºC unter Sauerstoff mit Temperaturbewegungen des Ofens von 300ºC/h.
Man erhält so Körnchen mit der Form von Lamellen mit 1mm Dicke, 5mm Breite und 15mm Länge, gebildet aus monophasiger polykristalliner YBa&sub2;Cu&sub3;O6,9-Keramik, texturiert mit Elementarkristallen, deren Vorzugsrichtung die Preßachse ist. Die beiden Hauptflächen entsprechen der Preßebene.
Bei diesen Körnchen ist die durch die Achse c gegebene Vorzugsrichtung senkrecht zu der Hauptfläche der Lamelle und die anderen kristallographischen Achsen, parallel zu dieser Hauptfläche, haben zufällige Ausrichtungen. Die Porosität der Körnchen beträgt 15%.
Man überzieht dann die Seitenflächen der Körnchen, die den beiden Schmalseiten des Basisrechtecks entsprechen, mit einem Silberfilm einer Dicke von 50nm durch thermisches Verdampfen unter Vakuum.
Anschließend verbindet man die Körnchen miteinander durch ihre mit dem Silberfilm überzogenen Enden und versichert sich dabei, daß die beiden sich gegenüberstehenden Flächen überzogen sind und daß die Flächen mit dem großen Querschnitt paarweise parallel bleiben. Man führt anschließend die Wärmebehandlung durch, um die Silber-Verbindungsstellen zwischen den Körnchen zu bilden wie in Beispiel 2, sodann kühlt man den Ofen ab von 940ºC bis 500ºC mit einer Geschwindigkeit von 300ºC/h.
Anschließend unterzieht man das Element einem Tempern unter Sauerstoff bei 500ºC wahrend 5h und man nimmt das supraleitende Element aus dem Ofen mit der Geschwindigkeit von 300ºC/h.
Anschließend scheidet man auf diesem Element eine einen Träger bzw. eine Stütze bildende Silberschicht von 0,5mm Dicke auf den beiden großen Flächen des Elements mittels Plasmabrenners ab, wie in Beispiel 2.
Ein Diffraktionsdiagramm der Rontgenstrahlen des so erhaltenen Elements zeigt, daß die polykristallinen Keramikkörchen ihre Orientierung mit der Vorzugsachse c senkrecht zur Leitungsebene des supraleitenden Elements haben und daß die Verbindung die kristalline Phase YBa&sub2;Cu&sub3;O6,9 ist. Der plötzliche Supraleitungsübergang bzw. Quench, gemessen mit einem Strom von 0,1A unter einem Null-Feld ist 92K auf halbe: Höhe. Die kritische Stromdichte beträgt 300A/cm² bei 77K mit dem Kriterium von 1uV/cm. Dieses Element weiste keine Flexibilität auf.

Beispiel 6

In diesem Beispiel werden Körnchen verwendet, von denen jedes gebildet wird durch ein einziges YBaCuO-Kristall und man verbindet sie durch Verbindungstellen aus Silber.
Man stellt zunachst monokristalline Kornchen her durch Kristallwachstum aus einem Bad, dessen Zusammensetzung nur die Kationen der supraleitenden Substanz enthält.
Die Bestandteile Y, Ba und Cu werden Molverhälnissen 3- 27-70 entsprechend genommen in Form von supraleitendem Perovskit (perovskite supraconductrice) YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ, wie beschrieben in Beispiel 1 in Form von BaCuO&sub2; und CuO.
Um das Kristallwachstum zu bewirken, zermahlt man diese Bestandteile, mischt sie und formt aus der Mischung eine Tablette von 59, die man in eine breite flache Kupelle aus Platin-Gold- Legierung gibt. Man heizt die Tablette auf 970ºC unter Luft mit einer Geschwindigkeit von 100ºC/h, hält sie wahrend 2h auf dieser Temperatur, kühlt sodann mit 30ºC/h von 970 auf 400ºC ab.
Bei der Temperatur von 970ºC spielt das Vorhandensein von Cu und BaCuO&sub2; die Rolle eines Flußmittels, das ermöglicht, die Schmelztemperatur der Mischung zu senken. Kristalle wachsen frei aus der flüssigen Phase, die sich über die gesamte Fläche der Kupelle erstreckt. Die Kristalle erscheinen in freier Form und nicht eingelassen in polykristallines Material. Sie haben eine ausgeprägte rechtwinklig parallelflache Form mit einer Seite von schwachem Wachstum, die parallel ist zur Achse c der Struktur. Man erhält somit äußerst wohlgeformte Kristalle nit den Dimensionen von ca. 0,5×0,5×0,2mm³. Ohne ein Spezialtempern unter Sauerstoff zeigt die Analyse durch Diffraktion der Röntgenstrahlen, daß in der Basisebene des Kristalls die Achsen a und b aleatorisch parallel sind mit einer der Seiten des Kristalls. Diese Kristalle oder Körnchen werden gemeinhin einfache Kristalle genannt, obgleich sie alle zusammengesetzt sind mit Bereichen, die untereinander verschieden sind durch die Anordnung der Achsen a und b.
Anschließend stellt man auf den Seitenflächen der Körnchen von geringer Dicke einen Silberfilm einer Dicke von 10 bis 500nm mittels thermischer Verdampfung her.
Man verbindet anschließend die Kornchen, indem man sie in einem gleichförmigen homogenen Feld von 10 Tesla magnetisch ausrichtet, dessen Linien horizontal sind, um ihre zur Achse c parallelen, mit Silber überzogenen Flächen aneinanderstoßend anzuordnen.
Unter der Wirkung dieses Magnetfelds richten sich die YBaCuO-Kristalle so aus, daß die Achse c parallel ist zum angewendeten Magnetfeld. Um die Beweglichkeit des diesem Magnetfeld ausgesetzten Körnchens zu erhöhen und um seine Ausrichtung zu erleichtern, wird es in der Schwebe gehalten durch einen aufsteigenden Gasstrom. In dem Maße, wie sich ein neues, in dem Magnetfeld ausgerichtetes Körnchen positioniert, wird der Körnchenaufbau abgesenkt, um den Luftspalt des Magneten frei zu lassen für die Ausrichtung eines neuen Körnchens.
Anschließend unterzieht man das Ganze einer Wärmebehandlung, um die Silber-Verbindungsstellen zu erzeugen, unter einem Sauerstoffdruck von 10&sup5;pa, mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit der Körnchen von 200ºC/h bis auf 940ºC, sodann eine Abnahmegeschwindigkeit von 200ºC/h bis auf 500ºC, eine Aufrechterhaltung dieser Temperatur während 48h, sodann ein Abkühlen mit 200ºC/h.
Anschließend führt man bei 550ºC unter Sauerstoff und während 10h ein Tempern durch.
Der Oberflächenwiderstand des Silvers der Verbindungsstellen des supraleitenden Elements, gemessen mittels einer Methode mit zwei Kontakten zwischen zwei Körnchen, beträgt ungefähr 10&supmin;&sup4;Ohm.cm². Bei 77K wird die Resisitivität der Silber- Verbindungsstelle auf 10&supmin;Ω.cm geschätzt und die mittlere freie Weglänge der Elektronen beträgt loonm. Die Kohärenzlänge des Silbers bei 77K beträgt 20nm. Das Metall ist folglich rein. Die kritische Stromdichte wird durch eine 4-Punkte-Methode mittels einer Impulstechnik gemessen. Mit einer Filmdicke von 10nm, also einer Verbindungstellendicke von 20nm, ist die Dichte des kritischen Stroms größer als 10³A/cm².
Bei einer ersten Versuchsserie führt man diese Messung an Elementen durch, die Verbindungsstellendicken haben, die von 20 bis 1000nm variieren.
In Figur 6 wurde die Entwicklung der kritischen Stromdichte in Abhängigkeit von der Dicke der metallischen Verbindungsstellen dargestellt. Man sieht in dieser Figur, daß die kritische Stromdichte schnell zunimmt, während die Verbindungsstellendicke abnimmt. So beträgt - bei 77K - die kritische Stromdichte
-2A/cm² für 1000nm,
-3.10²A/cm² für 200nm,
-7.10²A/cm 2 für 100nm, und ungefähr
-3.10³A/cm 2 für 20nm.
Die Zunahme bzw. Erhöhung der kritischen Stromdichte ist also größer für die kleinen Verbindungsstellendicken.
Bei einer zweiten Versuchsserie mißt man die kritische Stromdichte in Abhängigkeit von der Temperatur im Falle von zusammengesetzten supraleitenden Elementen mit Verbindungsstellendicken von 50nm und von 200nm. Die erzielten Resultate sind in Figur 7 angegeben, wo die Kurve 1 sich auf den Fall von Verbindungsstellen mit 50nm Dicke bezieht und die Kurve 2 auf Verbindungsstellen mit 200nm Dicke.
Wie man in dieser Figur sieht, ist der Strom bei 90K (übergangstemperatur) sehr klein.
Bei 77K ist die Stromdichte
-3.10²A/cm² für die Verbindungsstellendicke von 200nm,
-1,5.10³A/cm² für die Verbindungsstellendicke von 50nm.
Bei 4,2k ist die Stromdichte
-2.10³A/cm² für die Verbindungsstellendicke von 200nm,
-10&sup4;A/cm² für die Verbindungsstellendicke von 50nm.
Diese Resultate zeigen folglich, daß es für die Erhöhung der kritischen Stromdichte vorteilhaft ist, die Dicke der Silber-Verbindungsstellen kleinstmöglich zu halten.
Das oben beschriebene zusammengesetzte Element kann vervollständigt werden durch eine komplette Indium-Umhüllung. Man verwendet Indium mit einer Temperatur von 160ºC und formt um das ganze Element herum eine Indiumverkleidung einer Dicke von 0,5mm.
Anschließänd verwirklicht man auf der Indiumverkleidung eine Kunstharzhülle, hergestellt durch Polymerisation eines Acrylat-Epoxiharzfilms von 100um Dicke unter UV-Strahlung.
So erhält man ein zusammengesetztes supraleitenden Element, das eine gewisse Flexibilität aufweist. Dieses kann nämlich in der Ebene, die senkrecht ist zu der ebenen Fläche der Zusammensetzung, mit einem Krummungsradius von 10 bis 20 cm gekrümmt werden ohne seine supraleitenden Eigenschaften zu verlieren.
Die Biegefestigkeit dieses Elements beträgt 200-300MPa, während sie für die polykristallinen Keramikdrähte der vorhergehenden Technik nur 20 bis 60MPa beträgt.
Die Erfindung ermöglicht also, die mechanischen Eigenschaften der supraleitenden Elemente zu verbessern.

Beispiel 7

In diesem Beispiel verfolgt man dieselbe Vorgehensweise wie in Beispiel 6, um monokristalline Körnchen durch Metallwachstum herzustellen. Man unterzieht die Körnchen einem Sauerstoff-Tempern unter 10&sup5;Pa während 48h bei einer Temperatur von 450ºC, sodann scheidet man auf den Seitenflächen der Körnchen einen Metallfilm ab, gebildet durch eine erste Schicht aus Gold mit 10nm Dicke und einer zweiten Schicht aus Cadmium mit 50nm Dicke.
Man setzt die Körnchen zusammen wie in Beispiel 6, stellt dann in einem Ofen die Verbindung zwischen den Körnchen her, indem man die Temperatur der Körnchen mit einer Geschwindigkeit von 60ºC/h ansteigen läßt und anschließend mit derselben Geschwindigkeit absinken läßt. Nach dieser Behandlung scheidet man auf der gesamten Oberfläche des Elements einen Indiumfilm von 0,5mm Dicke ab, wie in Beispiel 6, und schützt dann das Ganze durch eine synthetische Hülle, wie in Beispiel 6.
Das erhaltene zusammengesetzte Element ist supraleitend bei einer Temperatur von 87K nach Widerstandsmessungen mittels der 4-Punkte-Tieftemperaturmethode. Die kritische Stromdichte beträgt 400A/cm² bei 77K und 3.10³A/cm² bei 4,2K.
Dieses Element kann ohne Schaden gekrümmt werden, wenn die Krümmung in der Hauptleitungsebene der Zusammensetzung erfolgt. Der Krümmungsradius ist begrenzt auf 10-20cm.

Claims

1. Supraleitendes zusammengesetztes Element von länglicher Form, das einen elektrischen Strom in einer Hauptrichtung entsprechend der Länge des Elements leiten kann, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kern aus supraleitendem zusammengesetztem Material aufweist, der einen ersten Bestandteil umfaßt der wenigstens eine kristallisierte supraleitende Substanz enthält, und einen zweiten, metallischen Bestandteil, gebildet durch wenigstens ein Metall oder eine Metallegierung, wobei der erste Bestandteil die Form von Körnchen aufweist, die wenigstens eine Reihe aufweisen, gebildet durch wenigstens einen Kristall einer supraleitenden Substanz mit einer privilegierten Achse bzw. Vorzugsachse entsprechend der größeren Seite des Kristall-Gitters, die Kristall-Reihen eine Vorzugsachse über die Gesamtheit der Lange des Kornchens aufweisen und somit die Hauptrichtung des Kornchens definieren, die Kornchen so untereinander angeordnet sind, daß sie wenigstens eine Reihe bilden, damit ihre Hauptrichtung die Hauptrichtung des Elements bestimmt und die Körnchen von jeder Reihe verbunden sind durch Verbindungen bzw. Verbindungsstellen aus dem zweiten, metallischen Bestandteil, deren mittlere Dicke nicht fünfzehnmal die Kohärenzlänge dieses zweiten, metallischen Bestandteils überschreitet, und die Vorzugsachsen der Kristalle von allen Körnchen eine Reihe entsprechend der Hauptrichtung des Körnchens bilden und im wesentlichen denselben Winkel α mit der Hauptrichtung des Elements bilden, für alle Kornchen.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die privilegierten Achsen bzw. Vorzugsachsen parallel sind zu einer festen Richtung, die mit der Hauptrichtung des Elements einen Winkel α bildet.

3. Element nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kornchen miteinander verbunden sind durch zwei sich gegenüberstehende Flächen, die im wesentlichen denselben Winkel bilden mit der Hauptrichtung des Elements.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzugsachse jedes Kristalls senkrecht ist zur Hauptrichtung des Elements.

5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitende Substanz eine Keramik ist.

6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik YBa&sub2;Cu&sub3;O&sub7;&submin;δ mit 6 z.B. 0≤δ≤0,1, BiSrCaCuO oder TlBaCaCuO ist.

7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bestandteil ein Metall ist, das gewählt wird aus der Gruppe, die die Edelmetalle, das Cadmium, das Indium, das Zinn, das Blei und ihre Legierungen umfaßt, sowie die supraleitenden Metalle und Legierungen.

8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetall Gold oder Silber ist.

9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Dicke der Verbindungen bzw. Verbindungsstellen des zweiten Bestandteils 5 bis 1000nm beträgt.

10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem einen jeder Körnchenreihe zugeordneten metallischen Träger umfaßt.

11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine metallische Hülle umfaßt, in deren Innern wenigstens eine Körnchenreihe angeordnet ist.

12. Element nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Tragers oder der Hülle gewählt wird aus der Gruppe, die Gold, Silber, Cadmium, Zinn, Indium, Blei und deren Legierungen umfaßt.

13. Element nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger oder die Hülle wenigstens zwei übereinanderliegende Schichten umfaßt, wovon eine erste Schicht, die Kontakt hat mit der supraleitenden Substanz, aus einem Metall hergestellt wird, das gewahlt wird aus der Gruppe, die Gold, Silber, Cadmium, Zinn, Indium, Blei und deren Legierungen umfaßt, und eine zweite Schicht aus Metall hergestellt wird, das ausgewählt wird unter Kupfer, Nickel, nichtoxidierbarem Stahl und deren Legierungen.

14. Element nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Außenumhüllung umfaßt, in deren Innern die Körnchenreihe oder -reihen angeordnet sind.

15. Verfahren zur Vorbereitung eines supraleitenden zusammengesetzten Elements nach einem der Ansprüche 1 bis 14, das einen elektrischen Strom in einer Hauptrichtung leiten kann, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt

a) Vorbereiten von Körnchen aus supraleitender kristalliner Substanz, gebildet durch wenigstens eine Reihe, bestehend aus wenigstens einem Kristall einer supraleitenden Substanz mit einer privilegierten Achse bzw. Vorzugsachse entsprechend der größeren Seite des Kristallgitters, wobei die Kristallreihen eine Vorzugsachse über die Gesamtheit der Länge des Körnchens aufweisen und somit die Hauptachse des Körnchens definieren und die Vorzugsachsen parallel zu ein und derselben Ebene sind;

b) Beschichten von wenigstens zwei entgegengesetzten, zu den kristallographisch privilegierten Achsen der Kristalle parallelen Flächen des Körnchens mit einem Film, der wenigstens eine Metall- der Metallegierungsschicht umfaßt

c) Zusammensetzen der Kornchen untereinander, um eine Reihe zu bilden, die sich in einer Hauptrichtung des Elements erstreckt, in der die Körnchen durch ihre sich gegenüberstehenden, mit dem metallischen Film bedeckten Flächen in Kontakt sind und in der die privilegierten kristallographischen Achsen von allen Kristallen im wesentlichen den gleichen Winkel mit der Hauptrichtung bilden; und

d) Durchführen einer Wärmebehandlung der Körnchenreihe, um die Körnchen miteinander zu verbinden durch metallische Verbindungsstellen, gebildet durch besagte Filme.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man das zusammengesetzte Element einer Warmebehandlung zur Stabilisierung der supraleitenden Substanz unterzieht.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend auf wenigstens einem Teil der Außenfläche der Reihe oder Reihen eine Verkleidung bildet, die wenigstens eine Metall- oder Legierungsschicht umfaßt, und dadurch, daß man anschließend das Ganze durch eine Schutzumhüllung schützt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend auf der Gesamtheit der Außenfläche von jeder Reihe eine Hülle bildet, die wenigstens eine Metall- oder Legierungsschicht umfaßt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend das Ganze durch eine Schutzumhüllung schützt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eir synthetisches Harz ist.