Title:
Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente
Kind Code:
A1


Abstract:

Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements (9) zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente (1, 2), wobei das supraleitfähige Verbindungselement (9) durch Abscheidung wenigstens eines supraleitfähigen Materials mittels Aerosolabscheidung hergestellt wird.




Inventors:
Arndt, Tabea (91056, Erlangen, DE)
Oomen, Marijn Pieter (91056, Erlangen, DE)
Schuh, Carsten (85598, Baldham, DE)
Application Number:
DE102014201115A
Publication Date:
07/23/2015
Filing Date:
01/22/2014
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102010031741A1N/A2012-01-26
DE3933230A1N/A1991-04-11



Foreign References:
JPH1313370A
JPH01313370A1989-12-18
Claims:
1. Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements (9) zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitfähige Verbindungselement (9) durch Abscheidung wenigstens eines supraleitfähigen Materials mittels Aerosolabscheidung hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolabscheidung in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 300°C, insbesondere zwischen 0 und 100°C, bevorzugt zwischen 10 und 30°C, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolabscheidung in einem Druckbereich zwischen 0,1 und 10 kPa durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Magnesiumdiborid und/oder wenigstens ein Magnesiumdiborid enthaltendes Material als supraleitfähiges Material abgeschieden wird.

5. Supraleitfähiges Verbindungselement (9) zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass es gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist.

6. Supraleitfähiges Verbindungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material gebildet ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen (1, 2), gekennzeichnet durch die Schritte:
– Bereitstellen wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente (1, 2),
– Abscheiden wenigstens eines supraleitfähigen Materials mittels Aerosolabscheidung, wobei wenigstens ein eine supraleitfähige Verbindung zwischen den wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen (1, 2( ausbildendes supraleitfähiges Verbindungselement (9) hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolabscheidung in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 300°C, insbesondere zwischen 0 und 100°C, bevorzugt zwischen 10 und 30°C, durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aerosolabscheidung in einem Druckbereich zwischen 0,1 und 10 kPa durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Magnesiumdiborid und/oder wenigstens ein Magnesiumdiborid enthaltendes Material als supraleitfähiges Material abgeschieden wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material oder (RE)1Ba2Cu3O7+δ und/oder wenigstens einem (RE)1Ba2Cu3O7+δ enthaltenden Material oder Niob-Titan und/oder wenigstens einem Niob-Titan enthaltenden Material gebildete supraleitfähige Leiterelemente (1, 2) supraleitfähig verbunden werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bereitgestellten supraleitfähigen Leiterelemente (1, 2) vor dem Abscheiden des wenigstens einen supraleitfähigen Materials mit jeweiligen freien Leiterelementenden auf Stoß angeordnet werden und das Abscheiden des wenigstens einen supraleitfähigen Materials in einer quer zur Längsachse der jeweiligen Leiterelemente (1, 2) verlaufenden Richtung erfolgt.

13. Anordnung (11), umfassend wenigstens zwei supraleitfähige Leiterelemente (1, 2), die durch wenigstens ein supraleitfähiges Verbindungselement (9) unter Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung supraleitfähig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitfähige Verbindung gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12 hergestellt ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die supraleitfähigen Leiterelemente aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material oder (RE)1Ba2Cu3O7+δ und/oder wenigstens einem (RE)1Ba2Cu3O7+δ enthaltenden Material oder Niob-Titan und/oder wenigstens einem Niob-Titan enthaltenden Material gebildet sind.

15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das supraleitfähige Verbindungselement (9) aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material gebildet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente.

Mittels supraleitfähigen Verbindungselementen gebildete supraleitfähige Verbindungen von bzw. zwischen supraleitfähigen Leiterelementen sind in bestimmten, supraleitfähige Leiterelemente implementierenden Bereichen der Technik von elementarer Bedeutung. Beispielsweise sei in diesem Zusammenhang auf den Bereich der Magnetresonanztechnik verwiesen, in dem etwa im Rahmen der Herstellung von Magnetelementen supraleitfähige Verbindungen von bzw. zwischen supraleitfähigen Leiterelementen, d.h. insbesondere supraleitfähigen Drähten bzw. supraleitfähigen Bändern, auszubilden sind.

Zur Herstellung entsprechender supraleitfähiger Verbindungselemente werden bis dato insbesondere Press- und Heißpressverfahren angewandt. Dabei beispielsweise ein supraleitfähiges Pulver zu einem entsprechenden supraleitfähigen Verbindungselement oder aber supraleitfähige Filamente direkt miteinander oder mit einem bei tiefen Temperaturen supraleitfähigen Lot („woods metal“) verpresst.

Bedingt durch die im Rahmen derartiger Verfahren erforderlichen Prozessbedingungen, d.h. insbesondere der erforderlichen Drücke und Temperaturen, besteht die Gefahr einer möglichen Degradation der supraleitfähig zu verbindenden supraleitfähigen Leiterelemente oder einer mangelhaften Verbindung. Entsprechend sind die Prozessfenster, d.h. insbesondere die Druck- und Temperaturfenster, in welchen eine Herstellung von supraleitfähigen Verbindungselementen weitgehend ohne Degradation der supraleitfähigen Leiterelemente möglich ist, vergleichsweise eng.

Probleme ergeben sich bisweilen auch in fertigungstechnischer Hinsicht. So sind derartige Verfahren z. B. im Zusammenhang mit der Fertigung entsprechender Magnetelemente für die Magnetresonanztechnik aufgrund der notwendigen Öfen und Pressen schwer realisierbar. Verfahren ohne Temperaturbehandlung erfordern meist die Verwendung von „woods metal“ und erlauben daher nur niedrigere Betriebstemperaturen der Verbindung.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung entsprechender supraleitfähiger Verbindungselemente sind demnach verbesserungswürdig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente anzugeben.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente gelöst, welches sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass das supraleitfähige Verbindungselement durch Abscheidung wenigstens eines supraleitfähigen Materials mittels Aerosolabscheidung hergestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft einen besonderen technischen Ansatz zur Herstellung eines entsprechenden supraleitfähigen Verbindungselements zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente. Das supraleitfähige Verbindungselement ist strukturell zur Herstellung einer supraleitfähigen Verbindung von bzw. zwischen wenigstens zwei entsprechenden supraleitfähigen Leiterelementen ausgebildet.

Das supraleitfähige Verbindungselement wird erfindungsgemäß mittels Aerosolabscheidung wenigstens eines supraleitfähigen bzw. supraleitenden Materials hergestellt. Mit anderen Worten wird wenigstens ein supraleitfähiges Material bzw. wenigstens ein mehrere, gegebenenfalls unterschiedliche, supraleitfähige Materialien enthaltendes Materialgemisch mittels Aerosolabscheidung abgeschieden. Die Aerosolabscheidung erfolgt typischerweise auf einem Trägermaterial.

Bei der Aerosolabscheidung handelt es sich allgemein um einen Abscheidungsprozess, bei welchem aus partikulären Ausgangsmaterialien ein Aerosol, d. h. ein Gemisch bzw. eine Dispersion aus festen oder flüssigen Partikeln und einem gasförmigen Trägermedium, hergestellt, und, z. B. mittels Vakuum oder Überdruck (also einer Druckdifferenz), auf ein Trägermaterial beschleunigt wird. Die beschleunigten partikulären Ausgangsmaterialien treffen mit hoher kinetischer Energie auf das Trägermaterial auf und bilden dort bedingt durch den hohen kinetischen Energieeintrag eine feste Schicht aus.

Wesentliche Vorteile der Implementierung einer Aerosolabscheidung im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden supraleitfähigen Verbindungselements, insbesondere gegenüber den bekannten Herstellungsverfahren, liegen insbesondere in den möglichen niedrigen Prozessdrücken sowie in den möglichen niedrigen Prozesstemperaturen. Mithin können die Prozessparameter im Rahmen der Aerosolabscheidung ohne Weiteres so gewählt werden, dass eine möglicherweise erfolgende Degradation entsprechender supraleitfähig zu verbindender Leiterelemente ausgeschlossen bzw. zumindest weitgehend unterbunden werden kann. Im Allgemeinen sind die Prozessfenster für eine degradationsfreie Herstellung entsprechender supraleitfähiger Verbindungselemente im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren deutlich erweitert.

Für die Aerosolabscheidung bedarf es zudem nicht notwendig einer Temperierung der abzuscheidenden Ausgangsmaterialien bzw. eines entsprechenden Trägermaterials. Eine Temperierung der Ausgangsmaterialien bzw. eines entsprechenden Trägermaterials bzw. der abgeschiedenen Materialien kann jedoch zweckmäßig sein, da hierüber Einfluss auf die Gefügestruktur der abgeschiedenen Materialien genommen werden kann.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Aerosolabscheidung es zudem prinzipiell erlaubt, chemisch unterschiedliche Ausgangsmaterialien gemeinsam abzuscheiden und derart in einer festen Schicht zu verbinden.

Über Einstellungen bzw. Variationen der Prozessbedingungen des Aerosolabscheidungsprozesses lassen sich supraleitfähige Verbindungselemente mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere unterschiedlichen Dichten, Porositäten und Schichtdicken, realisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine bedarfsgerechte und individualisierte Herstellung entsprechender supraleitfähiger Verbindungselemente.

Die Aerosolabscheidung kann beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 300°C, insbesondere zwischen 0 und 100°C, bevorzugt zwischen 10 und 30°C, durchgeführt werden. Mithin lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Prinzip vergleichsweise niedrige Prozesstemperaturen, d. h. Prozesstemperaturen bei Umgebungstemperatur, realisieren. Die niedrigen Prozesstemperaturen schließen eine temperaturbedingte Degradation entsprechender supraleitfähig zu verbindender supraleitfähiger Leiterelemente aus. Selbstverständlich kann die Aerosolabscheidung in Ausnahmen auch bei Temperaturen unterhalb 0°C bzw. oberhalb 300°C durchgeführt werden.

Die Aerosolabscheidung kann beispielsweise in einem Druckbereich zwischen 0,1 und 10 kPa durchgeführt werden. Mithin lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Prinzip gleichermaßen vergleichsweise niedrige Prozessdrücke, d. h. Prozessdrücke in einem Bereich zwischen 0,1 und 10 kPa, realisieren, welche eine druckbedingte Degradation entsprechender supraleitfähig zu verbindender supraleitfähiger Leiterelemente ausschließen.

Sofern das abzuscheidende supraleitfähige Material mittels Unter- oder Überdrucks, also einer Druckdifferenz, beschleunigt wird, wird die Aerosolabscheidung typischerweise bei (geringfügig) reduziertem Umgebungsdruck, d. h. typischerweise unterhalb 100 kPa durchgeführt. Selbstverständlich kann die Aerosolabscheidung in Ausnahmen auch bei Drücken unterhalb 0,1 kPa bzw. oberhalb 10 kPa durchgeführt werden.

Im Rahmen des Verfahrens wird vorzugsweise Magnesiumdiborid, Summenformel MgB2, und/oder wenigstens ein Magnesiumdiborid enthaltendes Material als supraleitfähiges Material abgeschieden. Das supraleitfähige Verbindungselement wird materialmäßig betrachtet also bevorzugt aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material ausgebildet. Das aus elektrischer Sicht zu den metallischen supraleitfähigen Materialien zählende Magnesiumdiborid zeichnet sich durch eine besonders hohe Sprungtemperatur – die Sprungtemperatur von Magnesiumdiborid liegt bei ca. 39 K – aus und zählt sonach zu der Gruppe der Hochtemperatursupraleiter. Magnesiumdiborid eignet sich sonach insbesondere zur Herstellung entsprechender supraleitfähiger Verbindungselemente zur supraleitfähigen Verbindung so genannter Hochtemperatur-Supraleiter, d. h. von Supraleitern, deren Sprungtemperatur typischerweise oberhalb ca. 30 K liegt, oder aber zur Herstellung supraleitfähiger Verbindungen von Niedrigtemperatursupraleitern ohne eine Beschränkung der Betriebstemperatur der Verbindung.

Wie erwähnt, kann im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung des supraleitfähigen Verbindungselements reines Magnesiumdiborid und/oder ein Magnesiumdiborid enthaltendes, gegebenenfalls ebenso supraleitfähiges Material, wie z. B. ein keramisches Material, abgeschieden werden. Über die chemische bzw. anteilsmäßige Zusammensetzung des abzuscheidenden supraleitfähigen Materials können die Eigenschaften des herzustellenden supraleitfähigen Verbindungselements gezielt beeinflusst werden.

Die Erfindung betrifft ferner ein supraleitfähiges Verbindungselement zum supraleitfähigen Verbinden wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente. Das supraleitfähige Verbindungselement ist gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements hergestellt. Demzufolge gelten sämtliche Ausführungen zu dem Verfahren analog für das erfindungsgemäße supraleitfähige Verbindungselement.

Das erfindungsgemäße supraleitfähige Verbindungselement ist sonach insbesondere aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material gebildet.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen. Das Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

  • – Bereitstellen wenigstens zweier supraleitfähiger Leiterelemente,
  • – Abscheiden wenigstens eines supraleitfähigen Materials mittels Aerosolabscheidung, wobei wenigstens ein supraleitfähiges Verbindungselement hergestellt wird, welches eine supraleitfähige Verbindung zwischen den wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen ausbildet.

In einem ersten Schritt des Verfahrens werden sonach wenigstens zwei supraleitfähige Leiterelemente bereitgestellt. Die Bereitstellung entsprechender supraleitfähiger Leiterelemente beinhaltet gleichermaßen eine Anordnung dieser relativ zueinander. Mithin werden die supraleitfähig zu verbindenden supraleitfähigen Leiterelemente in einer für die im Weiteren erfolgende Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung geeigneten Weise relativ zueinander angeordnet.

Die supraleitfähig zu verbindenden supraleitfähigen Leiterelemente werden dabei beispielsweise mit ihren jeweiligen freien Leiterelementenden auf Stoß und somit bezüglich deren jeweiliger Längsachse in Längsrichtung angeordnet. Selbstverständlich können entsprechende supraleitfähig zu verbindende supraleitfähige Leiterelemente, zumindest im Bereich jeweiliger freier Leiterelementenden, auch unter anderen Winkeln relativ zueinander angeordnet werden.

Unter einem supraleitfähigen Leiterelement ist jedwede Leiterstruktur zu verstehen, die bedingt durch ihre strukturelle Ausbildung unter bestimmten Umgebungsbedingungen, insbesondere Temperaturen, supraleitfähige Eigenschaften zeigt. Ein supraleitfähiges Leiterelement kann einzelne oder mehrere, insbesondere gebündelte, Leiterstrukturen umfassen. Eine oder mehrere solcher Leiterstrukturen können, z.B. in Form von Drähten oder Filamenten, in einem, z.B. metallischen, Matrixmaterial enthalten bzw. von einem entsprechenden Matrixmaterial umgeben sein.

In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein supraleitfähiges Material mittels Aerosolabscheidung abgeschieden. Durch die Aerosolabscheidung des wenigstens einen supraleitfähigen Materials wird wenigstens ein eine supraleitfähige Verbindung zwischen den wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen ausbildendes supraleitfähiges Verbindungselement hergestellt. Die Abscheidung des wenigstens einen supraleitfähigen Materials erfolgt also derart, dass das dadurch hergestellte supraleitfähige Verbindungselement die zuvor bereitgestellten supraleitfähigen Leiterelemente supraleitfähig verbindet. Hierdurch wird eine supraleitfähige Verbindung zwischen den supraleitfähigen Leiterelementen ausgebildet.

Bedingt durch die Ausbildung der supraleitfähigen Verbindung über ein mittels Aerosolabscheidung hergestelltes supraleitfähiges Verbindungselement ermöglicht das Verfahren sonach eine (zumindest weitgehend) degradationsfreie Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung, welche. Dies betrifft insbesondere die supraleitfähigen Leiterelemente. Die Prozessbedingungen im Rahmen der Ausbildung der supraleitfähigen Verbindung bzw. der Herstellung des supraleitfähigen Verbindungselements können sonach derart eingestellt bzw. gewählt werden, dass eine prozessbedingte Degradation der supraleitfähig zu verbindenden supraleitfähigen Leiterelemente ausgeschlossen bzw. zumindest weitgehend unterbunden werden kann.

Im Übrigen gelten obige Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung eines supraleitfähigen Verbindungselements analog für das vorstehend beschriebene Verfahren zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen analog.

Mithin kann die Aerosolabscheidung auch im Rahmen des Verfahrens zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen in einem Temperaturbereich zwischen 0 und 300°C, insbesondere zwischen 0 und 100°C, bevorzugt zwischen 10 und 30°C, bzw. in einem Druckbereich zwischen 0,1 und 10 kPa durchgeführt werden. Sowohl den Temperatur- als auch den Druckbereich betreffend sind Ausnahmen nach oben oder unten möglich.

Auch im Rahmen des Verfahrens zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen wird vorzugsweise Magnesiumdiborid und/oder wenigstens ein Magnesiumdiborid enthaltendes Material als supraleitfähiges Material abgeschieden. Das supraleitfähige Verbindungselement wird materialmäßig betrachtet also gleichermaßen bevorzugt aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material hergestellt.

Im Rahmen des Verfahrens können beispielsweise aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material oder (RE)1Ba2Cu3O7+δ, wobei RE als Abkürzung für Seltenerdmetalle bzw. Seltenerdmetallverbindungen steht, und/oder wenigstens einem (RE)1Ba2Cu3O7+δ enthaltenden Material oder Niob-Titan, Summenformel NbTi, und/oder wenigstens einem Niob-Titan enthaltenden Material gebildete supraleitfähige Leiterelemente supraleitfähig verbunden werden. Selbstverständlich sind prinzipiell auch Mischungen der genannten Materialien denkbar. Prinzipiell können über das Verfahren jedoch auch aus anderen als den genannten supraleitfähigen Materialien gebildete supraleitfähige Leiterelemente supraleitfähig verbunden werden.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass die bereitgestellten supraleitfähigen Leiterelemente vor dem Abscheiden mit jeweiligen freien Leiterelementenden auf Stoß angeordnet werden und das Abscheiden des wenigstens einen supraleitfähigen Materials in einer quer zur Längsachse der jeweiligen Leiterelemente verlaufenden Richtung erfolgt. Gegebenenfalls zwischen den supraleitfähig zu verbindenden supraleitfähigen Leiterelementen vorhandene Spalte bzw. Spalträume können sorgfältig geschlossen werden. Dies trägt dazu bei, dass supraleitfähige Verbindungen hoher Güte realisiert werden können. Prinzipiell kann das Abscheiden des wenigstens einen supraleitfähigen Materials selbstverständlich auch in einer anderen Richtung, d. h. insbesondere in einer parallel zur Längsachse der jeweiligen Leiterelemente verlaufenden Richtung, erfolgen.

Es ist denkbar, dass auf den supraleitfähig zu verbindenden supraleitfähigen Leiterelementen zumindest abschnittsweise Stabilisierungselemente, so genannte Shunts, aufgebracht sind. In diesem Fall ist es zweckmäßig, diese Stabilisierungselemente vor der Abscheidung des wenigstens einen supraleitfähigen Materials zumindest in dem Bereich, in dem das supraleitfähige Material abgeschieden wird, zu entfernen. Hierdurch lässt sich gleichermaßen die Güte der auszubildenden supraleitfähigen Verbindung positiv beeinflussen. Mithin können beispielsweise supraleitfähige Leiterelemente, die zumindest abschnittsweise von einem entsprechenden, typischerweise aus Kupfer gebildeten, Stabilisierungselement umgeben sind, zumindest im Bereich ihrer freien Enden vor der Abscheidung des abzuscheidenden supraleitfähigen Materials freigelegt werden. Die Freilegung der freien Enden sollte unter Beachtung der Kohärenzlänge des abzuscheidenden supraleitfähigen Materials erfolgen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung, umfassend wenigstens zwei supraleitfähige Leiterelemente, die durch wenigstens ein supraleitfähiges Verbindungselement unter Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung supraleitfähig miteinander verbunden sind. Die Anordnung beinhaltet sonach eine supraleitfähige Verbindung von bzw. zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen. Die Anordnung ist gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen hergestellt. Demzufolge gelten sämtliche Ausführungen zu dem Verfahren analog für die erfindungsgemäße Anordnung.

Sonach sind die supraleitfähig verbundenen supraleitfähigen Leiterelemente insbesondere aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material oder (RE)1Ba2Cu3O7+δ, wobei RE als Abkürzung für Seltenerdmetalle bzw. Seltenerdmetallverbindungen steht, und/oder wenigstens einem (RE)1Ba2Cu3O7+δ enthaltenden Material oder Niob-Titan und/oder wenigstens einem Niob-Titan enthaltenden Material gebildet. Selbstverständlich sind prinzipiell auch Mischungen der genannten Materialien denkbar.

Das supraleitfähige Verbindungselement ist entsprechend insbesondere aus Magnesiumdiborid und/oder wenigstens einem Magnesiumdiborid enthaltenden Material gebildet.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

13 eine Prinzipdarstellung zweier supraleitfähiger Leiterelemente vor, während und nach der Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung zweier supraleitfähiger Leiterelemente 1, 2 vor der Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2. Ersichtlich handelt es sich dabei, wie auch bei den 2, 3, um eine geschnittene Ansicht.

Die supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 sind jeweils aus Magnesiumdiborid, Summenformel MgB2, gebildet. Ein jeweiliges supraleitfähiges Leiterelement 1, 2 kann sonach einzelne oder mehrere, insbesondere gebündelte, Leiterstrukturen aus Magnesiumdiborid umfassen. Eine oder mehrere solcher Leiterstrukturen können, z. B. in Form von Drähten oder Filamenten, in einem, z. B. metallischen, Matrixmaterial enthalten bzw. von einem entsprechenden Matrixmaterial umgeben sein. Die Schichtdicke der Leiterelemente 1, 2 liegt typischerweise jeweils in einem Bereich zwischen 1 und 30 µm und beträgt in dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ca. 15 µm.

Die supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 müssen jedoch nicht zwingend aus Magnesiumdiborid gebildet sein. Denkbar ist es prinzipiell daher auch, die supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 aus anderen supraleitfähigen Materialien, wie z.B. (RE)1Ba2Cu3O7+δ, wobei RE als Abkürzung für Seltenerdmetalle bzw. Seltenerdmetallverbindungen steht, auszubilden. Bei (RE)1Ba2Cu3O7+δ, dessen Sprungtemperatur bei ca. 92 K liegt, handelt es sich um einen Hochtemperatursupraleiter der zweiten Generation. (RE)1Ba2Cu3O7+δ zählt sonach zu der Materialgruppe der 2G-HTS.

Die supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 sind jeweils einseitig, d.h. mit ihrer Unterseite, auf einem Substratmaterial 3, 4, hier in Form eines Stahlbands, aufgebracht. Die Schichtdicke der Substratmaterialien 3, 4 liegt typischerweise jeweils in einem Bereich zwischen 20 und 200 µm. In den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt die Schichtdicke jeweils ca. 20 µm.

Auf der der jeweiligen Unterseite der Leiterelemente 1, 2 jeweils gegenüber liegenden Oberseite ist jeweils ein aus Kupfer gebildetes Stabilisierungselement 5, 6, d.h. ein so genannter Shunt, aufgebracht. Die Schichtdicke der Stabilisierungselemente 5, 6 liegt typischerweise jeweils in einem Bereich zwischen 1 und 100 µm, In den in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt die Schichtdicke jeweils ca. 20 µm.

Ersichtlich sind die supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 mit ihren jeweiligen freien Leiterelementenden auf Stoß angeordnet. Wie in 1 gezeigt, kann gleichwohl ein geringfügiger Spaltraum 7 zwischen den jeweiligen freien Leiterelementenden bestehen.

In 1 ist ferner eine Tragstruktur 8 dargestellt, welche, den Spaltraum 7 überbrückend, eine mechanische Stabilisierung der entsprechend angeordneten supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 bildet. Die Tragstruktur 8 ist an den freiliegenden Unterseiten der jeweiligen Substratmaterialien 3, 4 angebracht. Die Tragstruktur 8 ist strichliert gezeichnet, da sie rein optional vorhanden ist. Die Tragstruktur 8 ist in den 2, 3 der Übersichtlichkeit halber nicht mehr dargestellt.

2 zeigt eine Prinzipdarstellung zweier supraleitfähiger Leiterelemente 1, 2 während der Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2.

Die Ausbildung der supraleitfähigen Verbindung von bzw. zwischen den beiden supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2 erfolgt durch Abscheiden eines supraleitfähigen Materials mittels Aerosolabscheidung. Durch die Abscheidung des supraleitfähigen Materials wird ein eine supraleitfähige Verbindung zwischen den beiden supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2 ausbildendes supraleitfähiges Verbindungselement 9 (vgl. 3) hergestellt. Ersichtlich erfolgt das Abscheiden des supraleitfähigen Materials in einer quer zur Längsachse der jeweiligen Leiterelemente 1, 2, verlaufenden (vertikalen) Richtung.

Bei dem mittels Aerosolabscheidung abgeschiedenen supraleitfähigen Material handelt es sich ebenso um Magnesiumdiborid. Das herzustellende supraleitfähige Verbindungselement 9 ist bzw. wird sonach in dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Material wie die supraleitfähig zu verbindenden supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 gebildet.

Das ursprünglich partikulär vorliegende, abzuscheidende supraleitfähige Material wird über eine entsprechende Vorrichtung 10 zur Aerosolabscheidung partikularer Ausgangsmaterialien mittels Überdruck in den Spaltraum 7 sowie auf die von den Stabilisierungselementen 5, 6 befreiten und somit freiliegenden Abschnitte der supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 beschleunigt. Derart bildet sich dort, insbesondere aufgrund des hohen kinetischen Energieeintrages, sequentiell eine feste Schicht aus, welche im Weiteren das supraleitfähige Verbindungselement 9 bildet.

Die Aerosolabscheidung erfolgt typischerweise bei Umgebungstemperatur, d. h. bei ca. 25°C, und bedingt durch den für die Aerosolabscheidung des supraleitfähigen Materials auszubildenden Trägerstrahl bei unterhalb des Umgebungsdrucks liegenden Drücken, d. h. z. B. bei ca. 0,5 kPa. Mithin können temperatur- bzw. druckbedingte Degradationen, insbesondere der supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2, im Rahmen der Ausbildung der supraleitfähigen Verbindung zwischen den supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2 ausgeschlossen bzw. zumindest weitgehend unterbunden werden.

3 zeigt eine Prinzipdarstellung zweier supraleitfähiger Leiterelemente 1, 2 nach der Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen wenigstens zwei supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2.

Ersichtlich ist die Aerosolabscheidung und somit die Herstellung des supraleitfähigen Verbindungselements 9 in 3 abgeschlossen und somit eine supraleitfähige Verbindung zwischen den Leiterelementen 1, 2 ausgebildet. Die Schichtdicke des hergestellten supraleitfähigen Verbindungselements 9 beträgt ca. 20 µm. Typischerweise liegen die Schichtdicken derart hergestellter supraleitfähiger Verbindungselemente 9 in einem Bereich zwischen 5 und 200 µm.

Derart ist gleichermaßen eine Anordnung 11, die die beiden supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 sowie das supraleitfähige Verbindungselement 9 umfasst, gebildet. Die supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 sind dabei durch das supraleitfähige Verbindungselement 9 unter Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung supraleitfähig miteinander verbunden.

Wenngleich in den Fig. lediglich die Ausbildung einer supraleitfähigen Verbindung zwischen zwei supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2 gezeigt ist, lässt sich das beschriebene Prinzip selbstverständlich auch für die Ausbildung supraleitfähiger Verbindungen von bzw. zwischen mehr als zwei supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2 anwenden. Die mehr als zwei supraleitfähigen Leiterelemente 1, 2 können dabei winklig relativ zueinander angeordnet sein, so dass sich eine Art Kreuzverbindung ergeben kann.

Konkret können z. B. zwei supraleitfähige Leiterelemente 1, 2 entsprechend der in den Fig. gezeigten Anordnung angeordnet sein. Ein drittes supraleitfähiges Leiterelement kann unter einem Winkel, d.h. z.B. einem Winkel von 90°, relativ zu den beiden supraleitfähigen Leiterelementen 1, 2 angeordnet sein, so dass sich z.B. eine T-förmige supraleitfähige Verbindung ausbilden lässt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.