Granulát vysokoteplotního supravodiče na bázi směsných oxidů vzácných zemin, barya a mědi s vylepšenými tokovými vlastnostmi vhodný pro kontinuální depozici vrstev

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F25620312%3A_____%2F21%3AN0000002" target="_blank" >RIV/25620312:_____/21:N0000002 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

<a href="https://upv.gov.cz/" target="_blank" >https://upv.gov.cz/</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Granulát vysokoteplotního supravodiče na bázi směsných oxidů vzácných zemin, barya a mědi s vylepšenými tokovými vlastnostmi vhodný pro kontinuální depozici vrstev

Popis výsledku v původním jazyce

Technické řešení se týká granulovaného materiálu vysokoteplotního supravodiče na bázi směsných oxidů v sytému RE – Ba – Cu – O (REBCO, RE = Y, Gd, Sm, Nd, Eu) vykazující excelentní tokové charakteristiky. Supravodivost materiálů je jev, při kterém materiály vykazují neměřitelný elektrický odpor a zároveň supravodivost významně ovlivňuje magnetické vlastnosti látek. Vysokoteplotní supravodivost, je jev, kdy k supravodivosti dochází za vyšších teplot (tzv. vysokoteplotní supravodiče), u těchto materiálů je teplota supravodivého přechodu obvykle nad 70 K. Mezi vysokoteplotní supravodiče patří různé směsné oxidy mědi, tzv. kupráty, mezi tyto látky patří i směsné oxidy vzácných zemin (z anglického Rare Earth – RE), barya a mědi se stechiometrií ReBa2Cu3O7 (tzv. ReBCO nebo Re-123). Mezi nejčastěji používané materiály patří YBa2Cu3O7 (tzv. YBCO, teoretická hustota 6.4 g/cm3), EuBa2Cu3O7 (tzv. EuBCO, teoretická hustota 6.9 g/cm3) a GdBa2Cu3O7 (tzv. GdBCO, teoretická hustota 6.8 g/cm3). Další velmi důležitou formou supravodičů jsou pásky s vrstvou supravodivého materiálu (délka několik stovek metrů, šířka nejčastěji 12 mm a tloušťka supravodivé vrstvy několik málo mikrometrů), které jsou připravovány různými depozičními technikami. Jednou z technik je kontinuální napařování pomocí elektronového svazku. Tato technologie využívá jako vstupní materiál granulát, kterým se pomocí násypky vytváří tenká stopa na rotační elektrodě, z které je materiál odpařován. Hlavními nedostatky u komerčních granulátů jsou nehomogenní distribuce velikosti granulí, vysoký sypný úhel (vyšší než 32°, měřeno dle ISO4324) a nízký hmotnostní tok definovanou násypky. Tyto nedostatky způsobují občasné zasekávání granulátu v ústí násypky při tvorbě odpařovací stopy, a tudíž přerušení procesu. Tyto chyby vedou k značnému snížení výtěžku výroby a snížení maximální produkční délky pásky. Uvedené nedostatky odstraňuje nová generace REBCO granulátů s vylepšenými tokovými vlastnostmi. Na základě řady experimentů byl zvolen maximální sypný úhel granulátu 30° (měřeno dle normy ISO4324) nad tuto hodnotu se začínají výrazně zhoršovat sypné vlastnosti a dochází k problémů se zacpáváním násypky v procesu výroby supravodivých pásek pomocí kontinuální PVD (physical vapor deposition). Nízkého sypného úhlu bylo dosaženo výběrem vhodného intervalu velikosti částic a zajištění úzké distribuce. Tyto parametry byly dosaženy pomocí několikanásobného sítování během procesu výroby granulátu a výběrem vhodné velikosti ok v sítech. Dalším důležitým krokem pro dosažení nízkého sypného úhlu a tím pádem vysokého hmotnostního toku je proces žíhání. Žíhání při optimalizované teplotě snižuje měrný povrch granulátu a výrazně ovlivňuje tokové vlastnosti. Na základě experimentů bylo ověřeno, že pro dosažení optimálního toku granulátu je zapotřebí dvou až tří žíhacích cyklů s přidaným odsítováním prachových částic (menší než 150 m). Takto připravený granulát může mít poměr kovů Gd = 17-27 at%; Ba = 21-30 at% a Cu = 50-65 at%. V průmyslu lze tento typ materiálu využít pro přípravu supravodivých pásek o velké délce a homogenním kritickém proudu metodou kontinuální PVD zejména pro energetické aplikace.

Název v anglickém jazyce

High temperature superconductor granulate based on mixed rare earth oxides, barium and copper with improved flow properties suitable for a continuous layer deposition

Popis výsledku anglicky

The technical solution concerns granular high temperature mixed oxide superconductor material in the RE - Ba - Cu - O (REBCO, RE = Y, Gd, Sm, Nd, Eu) system showing excellent flow characteristics. Superconductivity of materials is a phenomenon in which materials exhibit unmeasurable electrical resistivity and at the same time superconductivity significantly affects the magnetic properties of materials. High-temperature superconductivity, is a phenomenon where superconductivity occurs at higher temperatures (so-called high-temperature superconductors), for these materials the superconducting transition temperature is usually above 70 K. High-temperature superconductors include various mixed copper oxides, called cuprates, which include mixed rare earth (RE), barium and copper oxides with stoichiometry ReBa2Cu3O7 (called ReBCO or Re-123). The most commonly used materials are YBa2Cu3O7 (called YBCO, theoretical density 6.4 g/cm3), EuBa2Cu3O7 (called EuBCO, theoretical density 6.9 g/cm3) and GdBa2Cu3O7 (called GdBCO, theoretical density 6.8 g/cm3). Another very important form of superconductors are tapes with a layer of superconducting material (several hundred meters long, most often 12 mm wide and with a superconducting layer thickness of a few micrometers), which are prepared by various deposition techniques. One technique is continuous electron beam deposition. This technology uses granulate as the input material, which is used to create a thin trace on a rotating electrode by means of a hopper from which the material is evaporated. The main shortcomings of commercial granulates are the inhomogeneous distribution of granule size, the high spreading angle (greater than 32°, measured according to ISO4324) and the low mass flow rate defined by the hopper. These deficiencies cause occasional jamming of the granulate in the hopper mouth during the formation of the evaporation trail, and therefore process interruption. These defects lead to a significant reduction in production yield and a reduction in the maximum production length of the tape. These shortcomings are eliminated by the new generation of REBCO granulates with improved flow properties. Based on a series of experiments, a maximum granulate angle of 30° (measured according to ISO4324) was selected above which the flow properties begin to deteriorate significantly and problems with hopper plugging occur in the continuous PVD (physical vapor deposition) process for superconducting tape production. A low spreading angle was achieved by selecting a suitable particle size range and ensuring a narrow distribution. These parameters were achieved by multiple sieving during the granulate production process and by selecting an appropriate mesh size in the sieves. The next important step to achieve a low spreading angle and therefore a high mass flow is the annealing process. Annealing at an optimized temperature reduces the specific surface area of the granulate and significantly affects the flow properties. Based on experiments, it has been verified that two to three annealing cycles with added dust particle removal (less than 150 m) are required to achieve optimum granulate flow. The granulate prepared in this way can have metal ratios of Gd = 17-27 at%; Ba = 21-30 at% and Cu = 50-65 at%. In industry, this type of material can be used for the preparation of superconducting tapes with long length and homogeneous critical current by continuous PVD method, especially for energy applications.

Druh

F_uzit - Užitný vzor

CEP obor

—

OECD FORD obor

20506 - Coating and films

Projekt

<a href="/cs/project/FV40201" target="_blank" >FV40201: Výzkum a vývoj primárních materiálů pro depozici supravodivých tenkých vrstev</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2021

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Číslo patentu nebo vzoru

35515

Vydavatel

CZ001 -

Název vydavatele

Industrial Property Office

Místo vydání

Prague

Stát vydání

CZ - Česká republika

Datum přijetí

—

Název vlastníka

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, CAN SUPERCONDUCTORS, s.r.o.

Způsob využití

A - Výsledek využívá pouze poskytovatel

Druh možnosti využití

V - Výsledek je využíván vlastníkem