專利名稱：陶瓷高溫超導零件連接法的制作方法
技術領域：
本發明涉及由成分為Bi(2+a-b)(Sr(1-c)Cac)(3-a)PbbCu(2+d)Ox(其中a＝0～0.3，b＝0～0.5，c＝0.1～0.9，d＝0～2，X決定于所含金屬的氧化狀態)的陶瓷高溫超導材料制造的零件的連接方法。
德國專利申請書P3，830，092，3，(不屬本發明現有技術出版物)揭示了成分為Bi2(Sr，Ca)3Cu2Ox(x值為8～10)的高溫超導體的制造方法，其方法是將鉍、鍶、鈣和銅的碳酸鹽或氧化物的化學計量混合物加熱至870～1100℃，形成均勻的熔融物。將其注入鑄模并固化，再將其取出在780～850℃下進行6～30小時的熱處理。然后，置于氧氣中，在溫度為600～830℃下至少處理6小時。用這種方法可以生產晶面長度或直徑達幾厘米的片晶和長度達50cm，直徑達10mm的棒晶，它們均由純化合物構成。
該方法的缺點在于，上述陶瓷高溫超導體很脆，不能卷裝入大直徑(例如2m)鼓盤內進行運輸，而免于受到損壞。尤其是對傳送大電流的高溫超導體，問題更為突出。
將高溫超導體粉末充入銀管，然后將其用擠壓或深拉方法得到所需直徑的線材。在銀管內部的高溫超導體粉末可經熱處理鍛燒而形成一種粘合的型芯。此時，為形成超導體所需的氧通過銀管壁而擴散。
上述管內的粉末導體可以經得起某種程度的彎曲，原則上可用于大電流傳輸。然而，他們有一個缺點。就是只有在小直徑時才能彎曲而不被損壞，并且不能連成復雜的構件。
本發明的目的就是揭示一種由陶瓷高溫超導體制成的零件的連接方法，以獲得更復雜的構件。此時接頭也是超導的。按照本發明，將零件相隔一段間隔，用煤氣/氧焰加熱零件的兩個端面，溫度為750～875℃。與此類似，再將一根由相同材料制成的棒進行加熱，此棒是置于兩零件間隙上方的，加熱直至其熔化并滴入間隙將其完全充滿，然后將二零件的接頭在780～850℃進行7～100小時的熱處理。
本發明所述的方法可進一步詳述如下a)熱處理溫度為815～830℃。
b)熱處理時間取決于接頭的厚度，接頭越厚，時間要求越長，反之亦然。
c)需連接的兩零件端面可以是相互平行的。
d)需連接的兩零件端面可以是相互成楔形的。
e)陶瓷高溫超導零件可用銀管套起來。
本發明所使用的化合物，如Bi2(Sr，Ca)3Cu2Ox(X約為8.2)熔點是不一致的，而是有一定的間隔，而且，這些熔融物在空氣中對于固相的表面張力很大，以至使他們不能立即從固相中脫出。這兩個特征對于連接是很好的先決條件，與氣焊連接金屬相似。
化合物Bi2(Sr，Ca)3Cu2Ox(X大約為8.2)的熔點高于875℃，當X為7.5時降至大約780℃。該熔融物固化后形成的固體不再是超導體。但是，將其在空氣中進行約800℃的熱處理，又可再度恢復為超導體。
根據本發明的方法，應注意保證需連接的兩零件端面加熱到能使其將從加熱棒滴出的熔料焊住。
按照本發明的方法，薄接頭熱處理8-15小時，而厚接頭則達100小時。
兩零件接頭的熱處理將成形零件放入爐內熱處理，這種處理可能是有效的。熱處理也可以局部進行，即在接點周圍安置一個具有精密溫度測量和控制的小型電爐，或用局部高頻感應加熱，或用電極橫在接點間對其直接加熱，另外還可使用激光脈沖。
按照本發明焊接用銀管套起來的由高溫超導陶瓷材料制成的成形零件時，應特別注意不要將煤氣/氧焰同銀套接觸，因為銀的熔點和高溫超導化合物的熔點相差甚遠，會將銀套燒化。無銀接頭必要時可以事后加套。
本發明方法的應用可以用圖例說明，附圖為截面圖
圖1表示端面相互平行的兩根圓棒的連接，圖2表示端面相互成楔形的兩根粗圓棒的連接。
圖3表示端面互相平行的兩根不同粗細的圓棒連接。
圖4表示一薄圓盤與一端面與其平行的圓棒連接。
圖5表示對圓棒接點進行局部熱處理的裝置。
圖6表示溫度/電阻圖。
圖1中，陰影線A表示固化和非超導熔料，陰影線B表示經進一步熱處理后的超導化合物。
圖a表示在熔體滴入間隙固化后的兩圓棒接頭，而圖b表示在815℃熱處理24小時后的接頭。
圖3中，沿粗細圓棒縱軸有一空腔區域。
圖5中，1為載熱體，其中包含熱阻線圈2，經管4固定于支座3內，5表示兩根陶瓷高溫超導材料制成的圓棒接縫，熱電偶6放在靠近接縫5的地方。
圖6中，有三組測量曲線，是在按本發明例1方法連接的零件上測得的。詳細地說，曲線1和2是在相互連接的每個零件上測得的，曲線3是超出接頭區測得的。
例1.
按德國專利申請書P3，830，092，3準備兩根直徑5mm，長150mm的圓棒，將其置于一陶瓷基底上，中間留一間隙，并使其端面相互平行。用天然氣/氧焰將兩端面加熱至亮紅色。與此同時，將一相同材料制得的圓棒置于間隙上方加熱，并使熔料滴入間隙。緩慢地旋轉二圓棒使熔料均勻充滿間隙(參見圖1a)。將連接的圓棒置于爐內進行815℃、12小時的熱處理，兩棒連接區成為超導體(參見圖1、b)。
兩圓棒連接區的躍變溫度為85.5K，連接區左右分別為86.0K和86.5K(參見圖6)。
例2兩根直徑12mm，長300mm的圓棒，它們是按德國專利申請書P3，830，092，3準備的，將其端面互成楔形位置。用丙烷氣/氧焰在其開端加熱，從基底部開始熔化，再將相同材料圓棒熔化后的熔料滴入楔形間隙并完全充滿(見圖2)，然后將連接的圓棒在爐內進行800℃、24小時的熱處理。
為檢查兩圓棒的接點是否是超導體，可測量其比電阻
在293K，熱處理前 1Ω×Cm在293K，熱處理后 0.001Ω×Cm在77K，熱處理后 0Ω×Cm例3同例2，但作如下修改一根圓棒直徑為5mm，長120mm另一根直徑16mm，長40mm，卡入支撐裝置，使它們同心，端面互相平行。(見圖3)。
測量圓棒連接頭的比電阻在293K，熱處理前 2.8Ω×Cm在293K，熱處理后 0.0015Ω×Cm在77K，熱處理后 0Ω×Cm例4同例2，但做如下修改，圓棒直徑為5mm，長80mm，垂直地連接于直徑為20mm，厚度為5mm的圓盤(見圖4)，此時應注意保證薄圓盤比圓棒的受熱相對要弱些。
例5同例2，但做如下修改兩根直徑為8mm的圓棒相互連接，在接頭處進行局部熱處理。為此，使用小電爐，圍繞圓棒的接頭區，并用氧化鋁棉進行熱絕緣，側面安裝的熱偶是用于溫度控制的(見圖5)。
權利要求
1.連接由成分為Bi(2+a-b)(Sr(1-c)Cac(3-a)PbbCu(2+d)Ox，(a=0～0.3，b=0～0.5，c=0.1～0.9，d=0～2，X決定于所含金屬氧化狀態)制成的陶瓷高溫超導零件的方法，其特征是，將兩零件的端面相隔一定的間隙放置。用燃氣/氧焰加熱至750～875℃。與此同時將一相同材料制得的棒置于間隙上方，加熱至熔化并滴入間隙將其完全填滿，然后，至少將兩零件的接頭置于780-850℃進行7-100小時的熱處理。
2.權利要求1所述的方法，具有如下特征熱處理是在815-830℃進行的。
3.權利要求1和2所述的方法，具有如下特征熱處理時間取決于接頭的厚度，愈原要求時間愈長，反之亦然。
4.權利要求1-3中至少一項的方法，具有如下特征，連接零件的端面是互相平行的。
5.權利要求1-3中至少一項的方法，具有如下特征，連接零件的端面是成楔形的。
6.權利要求1-5中至少一項的方法，具有如下特征，陶瓷高溫超導體零件是用銀管套起來的。
7.用權利要求1-6中至少一項所述的方法連接陶瓷高溫超導材料零部件。
全文摘要
為使由成分為Bi
文檔編號H01B13/00GK1054146SQ91100970
公開日1991年8月28日 申請日期1991年2月9日 優先權日1990年2月13日
發明者艾伯德·普萊瑟, 約克·布克, 約翰司·霍茲姆, 萬尼爾·霍斯特 申請人:赫徹斯特股份公司