Damit supraleitende Schichten eine für die praktische Anwendung ausreichend hohe kritische Stromdichte aufweisen, müssen die Kristalle, die die supraleitende Phase bilden, eine möglichst gleichförmige Orientierung (Texturierung) aufwei- sen. Zudem sollten die Schichten einen ausreichend hohen absoluten kritischen Strom aufweisen, was eine ausreichende Dicke der Schicht erfordert.

Im Hinblick auf die erzielbare kritische Stromdichte sollte daher der Texturie- rungsgrad einer supraleitenden Schicht biaxial sein, das heißt eine möglichst gleichförmige Ausrichtung der Kristalle entlang der kristallographischen a-und b- Achsen besitzen, da in Schichten mit lediglich uniaxialer Texturierung entlang der kristallographischen c-Achse die kritische Stromdichte für praktische Anwen- dungen nur ungenügend ist. Allgemein beschreibt die Textur die mittlere Kristallorientierung. Ist diese statistisch, wird auch von einem untexturiertem Material gesprochen.

Aufgrund ihrer Abmessungen sind supraleitende Dickschichten, wie sie die vor- liegende Erfindung betrifft, zwischen Dünnschichten mit Dicken von weniger als 1 um und supraleitenden Massivmaterialien mit Abmessungen im Zentimeterbe- reich und mehr anzusiedeln.

Für diese Materialklassen sind unterschiedliche Verfahren zur Erlangung einer Textur bekannt. So erfolgt die Texturierung in Massivmaterialien mittels Keimset- zung, Ausbildung eines konstitutionellen Gradienten, Einwirkung von externen Magnetfeldern oder Temperaturgradienten etc..

Biaxial texturierte supraleitende Dünnschichten können mit einem für Anwen- dungen ausreichenden Texturierungsgrad und einer entsprechend hohen kriti- schen Stromdichte mittels Dünnschichtverfahren wie dem Ion Beam Assisted Deposition (IBAD) oder Rolling Assisted Biaxially Textured Substrates (RABiTS) erhalten werden. Von Nachteil ist hierbei, dass diese Verfahren aufwendig sind und zudem die erhaltenen Dünnschichten nur eine Länge von etwa einem Meter aufweisen. Auch ist die Dicke der Schichten auf weniger als 1, um begrenzt.

Darüber hinaus ist es bei diesen Verfahren für die Ausbildung der Texturierung erforderlich, spezifische Trägermaterialien einzusetzen, wobei die Eigenschaften des Trägermaterials, insbesondere dessen Textur, die Orientierung der in der Dünnschicht wachsenden Kristalle bewirken. In den hierbei erhaltenen Schichten besteht folglich eine Korrelation zwischen der Textur des Trägermaterials (Substrat) und der Textur der Schicht, wobei die Textur beziehungsweise Ausrichtung des Trägermaterials die Texturierung der Kristalle in der Schicht bewirkt und beeinflusst.

So wurden beispielsweise einkristalline supraleitende Dünnschichten auf ver- schiedenen einkristallinen Trägermaterialien abgeschieden.

Die so erhaltenen Dünnschichten können dann erst nachträglich-zum Beispiel im Hinblick auf elektronische Anwendungen-zu den erforderlichen geometri- schen Strukturen geformt werden.

Im Hinblick auf Hochstrom-beziehungsweise energietechnische Anwendun- gen-leiden diese Dünnschichtverfahren jedoch an einer nur mangelhaften Pro- duktivität, zu hohen Herstellungskosten und zu geringen Engineering-Strom- dichte, die sich aus dem Strom durch den Supraleiter bezogen auf den Ge- samtleiterquerschnitt (Supraleiter einschließlich Substratmaterial) ergibt.

Eine Übersicht über Materialien und Verfahren zur Herstellung von Dünnschich- ten sowie deren Anwendungen ist in J. L. MacManus-Driscoll"Recent Devel- opments in conductor processing of high irreversibility field superconductors" Annu. Rev. Mater. Sci. 1998,28 : 421 bis 462 enthalten.

Texturierte supraleitende Dickschichten, zum Beispiel aus Seltenerdbariumcup- raten mit der allgemeinen Zusammensetzung SEBa2Cu307x, lassen sich mit un- terschiedlichen für die Herstellung von Dickschichten bekannten Verfahren wie Siebdruck, Elektrophorese etc. erhalten. Auch hierbei wird die Textur der Sup- raleiterschicht aufgrund spezieller Eigenschaften des Trägermaterials erzielt.

Zum Beispiel werden Trägermaterialien mit Walztextur oder mehrphasige Trägermaterialien verwendet. Eine Übersicht über Verfahren und Materialien zur insbesondere biaxialen Texturierung von supraleitenden Dickschichten findet sich in J. L. MacManus-Driscoll, Annu. Rev. Mater. Sci. 1998 (a. a. O.) und in N.

McN Alford et al.,"High temperature superconducting thick films", Supercond.

Sci. Technol. 10 (1997), Seiten 169-185.

Weiter beschreibt MacManus-Driscoll J. L. et al in"In-plane aligned YBCO thick films grown in situ by high temperature ultrasonic spray pyrolysis"in Super- conductor Science and Technology, 14 : (2) 96 bis 102, Februar 2001 die Herstel- lung von biaxial texturierten Dickschichten aus YBa2Cu307x mittels Ultraschall- spraypyrolyse, wobei als Substrate einkristalline Oxidsubstrate oder einkristallines Silber sowie texturierte polykristalline Silberfolie mit verschiedenen Orientierungen eingesetzt wurden. Mit diesen Verfahren konnten Schichten mit einer Dicke von bis zu 5 um erhalten werden, die eine kritische Stromdichte Jc von ungefähr 1,0 x 104 A/cm2 bei 77 K im Eigenfeld zeigt.

Auch in Pinol S. et al"Meltgrowth and superconducting properties of textured Ag- YBa2Cu307 conductors"in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9 : (2) 1483 bis 1486, Teil 2, Juni 1999 wird eine mittels Kaltwalzen texturierte Silberfolie als Trägermaterial für die Ausbildung einer biaxial texturierten supraleitenden Dickschicht verwendet. Hierbei wird eine 20 um dicke Dickschicht aus YBa2Cu307 mittels Siebdruck auf dem Trägermaterial aufgebracht und anschließend ein gerichtetes Verfestigungsverfahren mit einem Temperaturgradienten durchgeführt.

Bei Wells J. J. et al, in"In-plane aligned YBCO thick films on {110} rolled and single crystal silver by ultrasonic mist pyrolysis"IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 9 (2) 1983 bis 1985, Teil 2, Juni 1999 erfolgt die Texturierung über die Substrattextur, wobei als Substrat einkristallines Silber oder zur

Texturierung speziell gewalztes Silber verwendet wird. Hierbei zeigte jedoch nur die Dickschicht auf dem einkristallinem Silber eine biaxial Textur.

Gemäß Zafar N. et al"Texturing of thick films REBCO on metallic substrates by isothermal melt processing"in Applied Superconductivity 1997, Bände 1 und 2, (158) 877 bis 880 erfolgte die biaxial Texturierung der Dickschichten mittels texturierten Silbersubstraten, wobei einkristallines Silber oder eine texturierte ge- walzte Silberfolie verwendet wurde.

Zwar lassen sich mit den bekannten Dickschichtverfahren supraleitende Dick- schichten mit guter Produktivität und kostengünstig erhalten, die einen gewissen Grad an Texturierung aufweisen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die erzielbaren Dickschichten für praktische Anwendungen nicht ausreichend sind.

Auch ist bisher die Herstellung von Strukturen, das heißt, für die praktische Anwendung geeigneten Geometrien, auf Basis dieser texturierten supraleitenden Dickschichten nicht bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein produktives, skalierbares und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von biaxial textu- rierten supraleitenden Dickschichten und Strukturen daraus zur Verfügung zu stellen.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die praktische An- wendung geeignete, biaxial texturierte supraleitende Dickschichten und supraleitende Strukturen daraus zur Verfügung zu stellen.

Die vorstehenden Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer texturierten supraleitenden Dickschicht, wobei mindestens zwei Ausgangsmaterialien in Form der auszubildenden supraleitenden Dickschicht auf einem Trägermaterial in Kontakt zueinander angeordnet werden, wobei die mindestens zwei Ausgangsmaterialien eine Zusammensetzung aufweisen, die bei einem mindestens teilweisen Aufschmelzen eines der Ausgangsmaterialien während einer nachfolgenden Wärmebehandlung zumindest teilweise ein supraleitendes Material ausbildet, und sich in mindestens zwei der

Ausgangsmaterialien in Bezug auf mindestens eine Beschaffenheitsgröße ein Gradient ausbildet, die Anordnung unter mindestens teilweisen Aufschmelzen eines der Aus- gangsmaterialien und Ausbildung eines supraleitenden Materials aus mindestens einem Teil der Ausgangsmaterialien einer Wärmebehandlung unterzogen wird, und anschließend die Anordnung unter Kristallisation des gebildeten supraleitenden Materials und texturiertem Wachstum der Kristalle in Richtung des Gradienten der Beschaffenheitsgröße isotherm abgekühlt wird.

Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff"supraleitendes Material"auch ein supraleitfähiges Material, das heißt ein Material, das durch eine Nachbehandlung in ein supraleitendes Material umgewandelt werden kann wie es zum Beispiel zur Einstellung des Sauerstoffgehaltes für supraleitende Materialien allgemein bekannt und üblich ist.

Die Erfindung umfasst zudem biaxial texturierte supraleitende Dickschichten, deren Textur von der Textur des Trägermaterials unabhängig ist beziehungs- weise die auf einem untexturierten Trägermaterial aufgebracht sind, und die ins- besondere eine kritische Stromdichte von 10.000 A/cm2 bei 77 K im Eigenfeld aufweisen.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung biaxial texturierte supra- leitende Dickschichten, die auf einem Trägermaterial aufgebracht sind, das aus- gewählt ist unter polykristallinem Silber und polykristallinen Silberlegierungen.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung biaxial texturierte supra- leitende Dickschichten, bei denen das supraleitende Material zumindest in Bezug auf eine Komponente des die supraleitende Schicht bildenden Materials einen Konzentrationsgradienten aufweist.

Weiter umfasst die Erfindung insbesondere Strukturen aus einer biaxial textu- rierten supraleitenden Dickschicht, wobei die Struktur eine geometrische Form aufweist, die keine gerade Linie ist.

Die anliegenden Figuren betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfin- dung. Es zeigt hierbei : Figur 1a eine erfindungsgemäße Struktur, in der die Ausgangsmaterialien in Mäanderform angeordnet sind ; Figur 1b eine Detailvergrößerung eines Abschnitts der Struktur gemäß Figur 1a ; Figur 1c einen Schnitt durch die Dicke der Struktur einschließlich des Trä- germaterials gemäß Figuren 1 a und 1 b ; Figur 2 ein Beispiel für eine bandförmige Anordnung der Ausgangs- materialien sowie schematisch die biaxial Textur der erhaltenen Dickschicht ; Figur 3 ein Beispiel für eine kreisförmige Anordnung der Ausgangs- materialien sowie schematisch die biaxial Textur der daraus er- haltenen Dickschicht ; Figur 4 ein Diagramm mit den Jc-Werten der gemäß Beispiel 1 erhaltenen Dickschicht Figur 5 eine alternative Anordnung der Ausgangsmaterialien ; und Figur 6 eine Anordnung für eine bevorzugte Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung macht sich zunütze, dass durch Erzeugung eines Gradienten in den für die Herstellung des supraleitenden Materials verwendeten Ausgangs- materialien texturiertes Wachstum der Supraleiterschicht parallel zu dem Gra- dienten bewirkt wird.

Der Gradient wird hierbei erzeugt, indem entweder die Ausgangsmaterialien mindestens im Bezug auf eine Beschaffenheitsgröße unterschiedlich gewählt werden beziehungsweise sich während der Durchführung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens ein entsprechender Gradient ausbildet.

Beschaffenheitsgrößen, die Gradienten ausbilden können, können die Kon- zentration einer Komponente in den Ausgangsmaterialien oder unterschiedliche Partikelgrößen der Ausgangsmaterialien sein.

Dieser Gradient in Bezug auf die mindestens eine Beschaffenheitsgröße bewirkt ein unterschiedlich schnelles Erstarrungs-beziehungsweise Aufschmelzverhalten der Materialien in Richtung des Gradienten und damit eine gerichtete Kristal- lisation und Texturierung des sich bildenden supraleitenden Materials, in Rich- tung des Gradienten bei einer nachfolgenden Abkühlung.

Als Ausgangsmaterial können allgemein Zusammensetzungen eingesetzt wer- den, die eine Stöchiometrie aufweisen, die im Verlauf der Wärmebehandlung und des sich anschließenden isothermen Abkühlens das gewünschte supralei- tende Material ausbilden.

So können für die Ausbildung eines Konzentrationsgradienten mindestens zwei Ausgangsmaterialien gewählt werden, die sich in mindesten einer Komponente der Zusammensetzung unterscheiden.

Die Ausgangsmaterialien werden auf einem Trägermaterial vorzugsweise bereits in Form der erwünschten makroskopischen Struktur so angeordnet, dass sie in Kontakt miteinander stehen. Im Fall von mehr als zwei Ausgangsmaterialien be- deutet der Begriff"in Kontakt miteinander stehen"nicht notwendigerweise, dass alle Ausgangsmaterialien miteinander direkt in Kontakt stehen, sondern einzelne Ausgangsmaterialien können auch über weitere Ausgangsmaterialien, mit denen sie Kontakt haben, miteinander verbunden sein. Hierzu können sie je nach Be- darf nebeneinander oder auch übereinander angeordnet sein.

Bei drei oder mehr Ausgangsmaterialien kann auch eine kombinierte Anordnung neben-und übereinander für bestimmte Fälle von Vorteil sein.

Diese Anordnung aus Trägermaterial mit darauf angeordneten Ausgangs- materialien wird in einer ersten Stufe einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei

die Anordnung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der zumindest ein Teil der Ausgangsmaterialien schmilzt.

Infolge des Aufschmelzens von zumindest einem Teil der Ausgangsmaterialien vermischen sich die Ausgangsmaterialien zumindest teilweise. Die Ursache für das zumindest teilweise Vermischen können Diffusionsvorgänge sein und/oder es können sich nicht geschmolzene Ausgangsmaterialien in bereits geschmolze- nen Ausgangsmaterialien lösen.

Aufgrund dieser Diffusions-und Vermischungsvorgänge bilden sich Vorstufen für das supraleitende Material. Zudem wandert die mindestens eine Komponente, in der sich die Zusammensetzungen der Ausgangsmaterialien unterscheiden, in Richtung des Ausgangsmaterials, das diese Komponente nicht enthält, wobei die Konzentration dieser Komponente über den Querschnitt der Schicht mit zuneh- mender Entfernung von dem Ausgangsmaterial, das diese Komponente ur- sprünglich enthalten hat, abnimmt.

Wird nun die Anordnung mit den sich gebildeten Gradienten einer isothermen Abkühlung unterzogen, kristallisiert als erstes das supraleitende Material mit der höchsten Erstarrungstemperatur, wobei die Kristallisation in Richtung des Kon- zentrationsgradienten und des sich daraus ergebenden Gradienten der peritek- tischen Erstarrungstemperatur der sich gebildeten supraleitenden Materialien voranschreitet. Mit anderen Worten : die Kristallisation beziehungsweise Erstar- rung des supraleitenden Materials erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten in Richtung des Materials mit der niedrigsten Erstarrungstemperatur.

Der sich hierbei ergebende Gradient der Erstarrungstemperatur begünstigt bei dem räumlich isothermen langsamen Abkühlen das gerichtete Wachstum der Kristalle aus supraleitendem Material parallel zu diesem Gradienten. Die ent- sprechend begünstigte Kristallorientierung setzt sich im weiteren Erstarrungs- verlauf gegen ungünstig orientierte Kristalle durch, so dass letztlich nur Kristalle mit der gewünschten bevorzugten Orientierung verbleiben.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass auch ohne Erzeugung eines Gradienten aufgrund der naturgemäß begrenzten Schichtdicke in Dickschichten bereits eine uniaxiale Ausrichtung der kristallographischen c-Achse erzielt wer-

den kann. Die darüber hinaus gehende Ausrichtung auch der beiden weiteren Kristallachsen unter Ausbildung einer biaxialen Texturierung wird jedoch erst durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Gradienten ermöglicht, wie er er- findungsgemäß durch die gezielte Anordnung und Auswahl der Ausgangsmate- rialien realisiert werden kann.

Isotherme Abkühlung bedeutet, dass die Temperatur gleichförmig über die ge- samte Anordnung abgesenkt wird, sodass zu einem gegebenen Zeitpunkt die Anordnung in ihrer gesamten Erstreckung der gleichen Temperatur ausgesetzt ist.

Die isotherme Abkühlung hat gegenüber einer graduellen Abkühlung, bei der die Anordnung zu einer gegebenen Zeit einem externen Temperaturgradienten aus- gesetzt ist, den Vorteil, dass sie auch auf sehr kleine und/oder kompliziert ge- formte Strukturen ohne weiteres anwendbar ist.

Dem gegenüber erfordert die Kristallisation mittels eines externen Temperatur- gradienten eine Mindestgröße der auszubildenden Struktur, zum einen aufgrund der Praktikabilität und zum anderen, damit überhaupt ein wirksamer Tempera- turgradient über die Anordnung ausgebildet werden kann. Ist nämlich die Erstreckung, über die die gerichtete Kristallisation erfolgen soll, zu klein, lassen sich mit herkömmlichen Vorrichtungen zur Durchführung der Kristallisation mit- tels externer Temperaturgradienten keine ausreichend großen Temperatur- unterschiede erzielen, die die gewünschte gerichtete Kristallisation bewirken.

Anders als bei den bekannten Verfahren, wie sie vorstehend beschrieben wor- den sind, erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die biaxial Texturie- rung der Dickschicht unabhängig von den Eigenschaften beziehungsweise der Beschaffenheit des Trägermaterials. Damit ist für die Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens kein Trägermaterial erforderlich, das bereits eine entsprechende Ausrichtung aufweist, über die die Texturierung der sich bilden- den Dickschicht beeinflusst wird.

Die erfindungsgemäßen Dickschichten zeigen daher keine Korrelation zwischen der Textur des Trägermaterials und der der Dickschicht.

Damit können für die vorliegende Erfindung auch untexturierte Trägermaterialien und Trägermaterialien, die keine Vorzugsorientierung aufweisen, eingesetzt wer- den.

Beispielsweise können untexturierte polykristalline Materialien aus Metall oder Keramik oder auch Metallegierungen eingesetzt werden.

Bevorzugte Beispiele für erfindungsgemäß einzusetzende Trägermaterialien sind polykristallines Silber und Silberlegierungen zum Beispiel mit Palladium.

Anders als im Stand der Technik beschrieben muss für das erfindungsgemäße Verfahren das Trägermaterial keiner Behandlung zur Texturierung unterzogen werden, wie es zum Beispiel bei den bekannten speziell gewalzten und Wärme- behandelten polykristallinen Silber-Trägermaterialien der Fall ist. Hierbei erhält das polykristalline Material erst durch die spezielle Vorbehandlung eine ge- wünschte Kristallorientierung, die dann die gewünschte Orientierung der Dick- schicht bewirkt.

Für die praktische Anwendung sollte das gewählte Trägermaterial bei den Tem- peraturen, wie sie in dem Verfahren zur Anwendung kommen, nicht schmelzen und darf zudem mit den Materialien für die Dickschicht keine unerwünschten Nebenreaktionen eingehen. Geeignet sind zum Beispiel Trägermaterialien, die aus einem Werkstoff oder Verbundwerkstoff bestehen, deren Schmelzpunkt oberhalb der minimal erforderlichen Temperatur zur Umwandlung der Aus- gangsmaterialien in das supraleitende Material ist.

Die Dicke des Trägermaterials richtet sich üblicherweise nach der beabsichtigten Anwendung und nach der Dicke der aufzubringenden Dickschicht. Sie kann zwischen 50 um und 100 um oder mehr liegen. Diese Angaben können nach Bedarf variieren.

Es können auch Trägermaterialien mit Pufferschicht eingesetzt werden, wobei eine dünne Schicht aus dem gewünschten Trägermaterial auf einem weiteren Träger aufgebracht ist.

Das Trägermaterial kann eine beliebige für die gewünschte Anwendung geeig- nete Form haben. Beispiele sind Platten und Zylinder. So kann auf einem plat- tenförmigen Träger eine Dickschicht in beliebigen Mustern, wie zum Beispiel einem Mäander, aufgebracht werden oder auf einen Zylinder als Trägermaterial eine Spule als Dickschicht aufgedruckt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können damit die Ausgangsmaterialien auf dem Trägermaterial bereits in der Form der gewünschten auszubildenden makroskopischen Struktur angeordnet werden, so dass eine nachträgliche Bear- beitung zur Ausbildung dieser Struktur nicht erforderlich ist.

Die Ausgangsmaterialien können hierfür in einer beliebigen gewünschten geo- metrischen Form auf dem Trägermaterial angeordnet werden. Die Form ist hier- bei nicht auf gerade Linien und Bänder beschränkt sondern es kann sich auch um komplizierte Formen zum Beispiel gekrümmte Strukturen in Form von Spira- len, Kreisen oder Mäander etc. handeln. Auch die Ausbildung von Multifilamen- ten ist möglich. Erfindungsgemäß lassen sich auch dreidimensionale Strukturen erhalten, bei denen die Dickschicht auf einen entsprechenden Körper aufge- bracht ist. Ein Beispiel hierfür ist eine auf einem dreidimensionalen Körper, zum Beispiel einen Zylinder, aufgedruckte Spule.

Für die Aufbringung der Ausgangsmaterialien auf das Trägermaterial kann ein beliebiges Beschichtungsverfahren, wie es zum Beispiel für die Herstellung von Dickschichten üblich ist, eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind Siebdruck, Docter Blade, Spin Coating, Aufbringen mit Pinseln, Sedimentation, Airbrushing, Elektrolyse, etc..

Die Ausgangsmaterialien liegen hierfür in einer für diese Verfahren geeigneten Form vor, zum Beispiel als Pulver, Paste, Suspension etc..

Die Ausgangsmaterialien können hierbei in einem für die Aufbringung geeigne- ten Medium vorliegen, wie zum Beispiel als Suspension oder Paste in einer Flüs- sigkeit. Das Medium verflüchtigt sich hierbei üblicherweise im Verlaufe der Wär- mebehandlung.

Gemäß einer Verfahrensvariante können zur Unterstützung der Kristallisation des supraleitenden Materials Mittel verwendet werden, die die Kristallisation ini- tiieren. Hierfür können an sich bekannte Keimbildner, wie Magnesiumoxid-Ein- kristalle, zum Beispiel in Form von Whiskern, vorgesehen sein. Vorzugsweise sind diese Keimbildner bereits in der gewünschten Orientierung des Kristallisa- tionswachstums ausgerichtet.

Zur Auslösung der Kristallisation können auch Defekte im Trägermaterial wie Rillen, andere Unebenheiten und/oder geometrische Oberflächenstrukturen, wie zum Beispiel aufgedruckte Muster, vorgesehen sein, die bei Bedarf auch kontrol- liert eingebracht werden können.

Diese Mittel, die die Kristallisation initiieren, werden am Ausgangspunkt der Kristallisationsfront-üblicherweise der Bereich mit der höchsten Erstarrungs- temperatur-zur Erhöhung der Keimbildungswahrscheinlichkeit vorgesehen.

Als Mittel, das die Kristallisation initiiert, kann ein supraleitendes Material von gleichem Typ wie das zu bildende supraleitende Material eingesetzt werden, das bei den Temperaturen der Wärmehandlung zumindest teilweise und vorzugs- weise vollständig im festen Zustand verbleibt. Die Kristalle des als Keimbildner vorgelegten Supraleitermaterials wirken als Kristallisationskeime für das sich in der Schmelze aus den Ausgangsmaterialien bildende supraleitende Material.

Hierfür ist es erforderlich, dass das als Keimbildner vorgelegte supraleitende Material bei den Temperaturen der Wärmebehandlung nicht vollständig schmilzt, sondern feste Keime verbleiben.

Vorzugsweise hat dieses Material daher eine peritektische Erstarrungstempera- tur, die höher ist, als die des sich aus den Ausgangsmaterialien bildenden Sup- raleitermaterials.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Ausbildung von Dickschichten aus oxidischen supraleitenden Materialien. Besonders bevorzugte Vertreter sind hierbei oxidische supraleitende Materialien auf der Basis von SE- Bariumcupraten mit SE ausgewählt unter mindestens einem Seltenerdmetall einschließlich Lanthan und Yttrium.

Das supraleitende Material kann neben mindestens einem Seltenerdelement (einschließlich Lanthan und Yttrium) sowie Barium, Kupfer und Sauerstoff ggf. noch mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Be, Mg, Ca, Sr, Zn, Cd, Sc, Zr, Hf, Pt, Pd, Os, Ir, Ru, Ag, Au, Hg, TI, Pb, Bi, Ce, Ti, S und F enthalten.

Ein besonders bevorzugtes Beispiel für oxidische supraleitende Materialien mit der oben genannten Zusammensetzung sind die sogenannten"1-2-3-Materia- lien" (auch 1-2-3-Verbindungen genannt) mit der allgemeinen Formel SEBa2Cu3O, wobei SE die vorstehend genannte Bedeutung hat und der Sauer- stoffgehalt auf einen für die Supraleitung geeigneten Wert eingestellt ist.

Insbesondere sind dies Verbindungen der aligemeinen Formel SEBa2Cu307x mitx<0, 5.

Wie vorstehend angeführt, kann die Verbindung mehr als ein Seltenerdmetall sowie ggf. mindestens eines der vorstehend aufgeführten zusätzlichen Elemente enthalten.

Beispiele für geeignete Ausgangsmaterialien für die Erzeugung der bevorzugten supraleitenden 1-2-3-Materialien sind Verbindungen der allgemeinen Formel SE2BaCu05, die üblicherweise auch als 2-1-1-Materialien bezeichnet werden.

Wie vorstehend auch für das supraleitende 1-2-3-Material angegeben steht SE für mindestens ein Seltenerdmetall einschließlich der Elemente Lanthan und Yttrium. Weiter können die 2-1-1-Materialien zusätzlich noch mindestens ein weiteres Element aus der gleichen Gruppe wie vorstehend für die 1-2-3-Materia- lien angegeben enthalten.

Zur Einstellung der Stöchiometrie des auszubildenden 1-2-3-Materials werden die 2-1-1-Materialien in an sich bekannter Weise in Kombination mit Bariumcup- raten und ggf. Kupferoxid eingesetzt. Hierbei kann es sich um eine Mischung mit einer nominalen Stöchiometrie Ba2Cu305 handeln. Die Flüssigphase aus Barium- cuprat und gegebenenfalls Kupferoxid kann bei Bedarf weitere Zusätze enthal- ten. Geeignete Beispiele sind ein oder mehrere Seltenerdelemente, Ag, Pt, Ce, Zn, Ba, Ca und F sowie Verbindungen mit diesen Elementen. Bei den Verbin- dungen kann es sich um die Oxide dieser Elemente oder auch um deren Fluorid-

verbindungen wie zum Beispiel BaF2 handeln. Diese Zusätze können in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent enthalten sein.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei 2-1-1-Materialien als Ausgangsmaterialien gewählt, die sich in mindestens einer ihrer Seltenerd-Komponenten unterscheiden, so dass sich bei der Durch- führung des erfindungsgemäßen Verfahrens der gewünschte Gradient der Kon- zentration für diese mindestens eine Komponente der Ausgangsmaterialien und zugleich ein Gradient der peritektischen Erstarrungstemperatur des sich bilden- den supraleitenden 1-2-3-Materials beim isothermen Abkühlen ergibt.

Ein geeignetes Beispiel für eine derartige Kombination aus Ausgangsmaterialien sind 2-1-1-Materialien mit der Zusammensetzung Y2BaCuO5 (Y211) und Yb2BaCuO5 (Yb211). Für die peritektische Erstarrungstemperatur Tp der ent- sprechenden 1-2-3-Materialien gilt hierbei Tp (Y123) > Tp (Yb123). Selbstver- ständlich können auch beliebige andere Kombinationen gewählt werden, die diese Bedingung erfüllen.

Als Anhaltspunkt für die weitere Auswahl geeigneter Ausgangsmaterialien wer- den in der nachstehenden Tabelle 1 die peritektischen Erstarrungstemperaturen beziehungsweise Schmelztemperaturen für 1-2-3-Materialien der allgemeinen Formel SEBa2Cu307 x angegeben. SE Tp (°C) Nd 1090 Sm 1060 Eu 1050 Gd 1030 Dy 1010 1000 Ho 990 Er 980 Tm 960 Yb 900 Lu 880

Die Tabelle 1 gibt grundsätzlich nur Anhaltspunkte zur Auswahl geeigneter Kom- binationen. Gemische verschiedener Elemente, der Einsatz von Druck bezie- hungsweise Unterdruck, Gehalte an Substanzen, die den Schmelzpunkt oder die peritektische Temperatur absenken, und insbesondere der Sauerstoffpartial- druck können jedoch eine deutliche Temperaturveränderung und gegebenenfalls auch eine Änderung der in der Tabelle 1 aufgeführten Reihenfolge bedingen.

Beispiele für geeignete Kombinationen sind in Tabelle 2 enthalten mit Nd > Sm > Dy Nd > Dy > y Nd > Y > Yb Nd > Sm > Yb Sm > Y > Yb Sm > Gd > Y Eu > Dy > Er Eu > Y > Yb Gd > Y > Yb Dy > Er > Yb

Nachstehend wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von biaxial texturierten Dickschichten unter Verweis auf die anliegenden Figuren bei- spielhaft anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.

Als Ausgangsmaterialien werden für diese bevorzugte Variante die verstehend genannte Kombination aus Y2BaCuO5 (Y211) 2 und Yb2 BaCuO5 (Yb211) 3 ge- wählt sowie zusätzlich NdBa2Cus07. (Nd123) 5 und eine Mischung aus Barium- cuprat und CuO mit der nominalen Stöchiometrie Ba2Cu305 4 als Flüssigphase.

Für die peritektischen Erstarrungstemperaturen Tp gilt hierbei Tp Nd123 > Tp Y123 >Tp Yb123.

Selbstverständlich können auch beliebige andere Kombinationen aus 2-1-1-Ma- terialien und gegebenenfalls 1-2-3-Materialien gewählt werden, die die Bedin- gung für die peritektischen Erstarrungstemperaturen erfüllen.

Erfindungsgemäß lassen sich der geometrischen Anordnung der Ausgangsmate- rialien (2,3, 5) auf dem Trägermaterial (1) mindestens zwei charakteristische Längenskalen zuordnen, die in der Figur 1a und in einer Vergrößerung in Figur 1b dargestellt sind. Die größeren Längenskalen L1 und L2 in Figur 1a ent- sprechen dabei den charakteristischen Längen der Struktur der auszubildenden Schicht (hier einem Mäander). Die kleinere Längenskala I, wie sie in der Vergrö- ßerung in Figur 1b dargestellt ist, entspricht dagegen der Anordnung der Aus- gangsmaterialien 2,3, 5 zueinander zur Erzeugung einer Textur im Supraleiter- material.

Wie in Figur 1b gezeigt wird, werden die Ausgangsmaterialien 2,3, 5 in Linien nebeneinanderliegend auf dem Trägermaterial 1 angeordnet, wobei die neben- einanderliegenden Linien die in Figur 1a gezeigte mäanderförmige Struktur aus- bilden.

Die linienförmig auf dem Trägermaterial 1 angeordneten Ausgangsmaterialien 2, 3,5 werden ganz oder zumindest teilweise mit der Mischung aus Bariumcuprat und Kupferoxid 5 abgedeckt.

Da die Flüssigphase aus Bariumcuprat und Kupferoxid eine niedrigere Schmelztemperatur als die 2-1-1-Material 2,3 und das 1-2-3-Material 5 aufweist, schmilzt sie während der Wärmebehandlung als erstes. Die gebildete Schmelze infiltriert die darunter liegenden Ausgangsmaterialien 2,3, 5, wobei sich diese zumindest teilweise in der Schmelze lösen. Aus dieser partiellen Schmelze mit dem Ba2Cu305 4 als Flüssigphase mit gelösten festen 2-1-1-Material bildet sich beim langsamen Abkühlen das gewünschte 1-2-3-Material.

Gleichzeitig findet ein Wanderungsvorgang der Seltenerdelemente aufgrund von Diffusions-und Schmelzprozessen statt, wobei sich ein erster Konzentrations- gradient für Nd in dem in Figur 1b gezeigten Beispiel von links nach rechts und ein zweiter Konzentrationsgradient für Yb von rechts nach links ausbildet.

Aufgrund Tp (Nd 123) > Tp (Yb123) ergibt sich im Gesamtsystem infolge der bei- den oben erwähnten Konzentrationsgradienten zwischen der Linie gebildet aus Nd123 5 und dem sich aus Yb211 2 bildenden Yb123 ein Gradient der Erstar- rungstemperatur. Dieser Gradient der Erstarrungstemperatur begünstigt beim anschließenden räumlich isothermen langsamen Abkühlen das gerichtete Wachstum der supraleitenden Kristalle parallel zu diesem Gradienten.

Vorzugsweise wird hierbei die Endtemperatur der Wärmebehandlung so gewählt, dass das 1-2-3-Material 5 noch nicht schmilzt, die weiteren Ausgangsmateria- lien 2,3, 4 jedoch ganz oder teilweise geschmolzen beziehungsweise in einer Schmelze in Lösung gegangen sind.

Beim isothermen Abkühlen wirken dann diese nicht geschmolzenen Partikel aus 1-2-3-Material als Kristallisierungskeime. Zusätzlich unterstützt die Verwendung eines 1-2-3-Materials zusammen mit 2-1-1-Materialien die Ausbildung des ge- wünschten Konzentrationsgradienten, hier eines Nd-Gradienten.

Die Keimung erfolgt üblicherweise statistisch, die Kristalle wachsen jedoch in Richtung des Bereichs mit der niedrigsten peritektischen Erstarrungstemperatur, zum Beispiel in Figur 1 b von links nach rechts.

Die Wärmebehandlung, bei der zumindest ein Teil der Ausgangsmaterialien auf- geschmolzen wird, kann in einem handelsüblichen Ofen durchgeführt werden.

Die Dauer der Wärmebehandlung ist hierbei von der Art der Ausgangsmateria- lien abhängig. Sie muss ausreichend lang sein, so dass sich zwar einerseits der gewünschte Gradient ausbildet, andererseits ist die Wärmebehandlung zu been- den bevor sich die mindestens eine Komponente, die den Gradienten ausbilden soll, gleichförmig in den Ausgangsmaterialien verteilt hat.

Die Ausgangsmaterialien können hierbei kontinuierlich oder auch stufenweise auf die gewünschte Endtemperatur gebracht werden. Für das stufenweise Auf- heizen können unterschiedliche Aufheizraten und/oder eine oder mehrere Halte- zeiten vorgesehen werden.

Damit hängen auch die Haltezeiten während der Wärmebehandlung von der Art und der Auftragsdicke der Ausgangsmaterialien ab.

Geeignete Aufheizraten liegen in einem Bereich von 200°C/Stunde bis 500°C/Stunde, wobei eine Gesamtaufheizdauer einschließlich Haltezeiten in Ab- hängigkeit der Aufheizrate in einem Bereich von 5 Stunden bis 10 Stunden betragen.

Die Wärmebehandlung kann bei einem Gesamtdruck durchgeführt werden, der dem normalen Luftdruck entspricht.

Die Wärmebehandlung kann in einer Atmosphäre aus Umgebungsluft durchge- führt werden oder alternativ kann sie in einer anderen Gasatmosphäre erfolgen.

Beispiele für geeignete Gase beziehungsweise Atmosphären sind Stickstoff mit Sauerstoff oder Argon mit Sauerstoff.

So können durch Änderung des Sauerstoffpartialdrucks die Schmelzpunkte der Trägermaterialien und der supraleitenden Materialien gezielt beeinflusst werden.

Beispielsweise kann zweckmäßigerweise durch Erniedrigung des Sauerstoffpar- tialdrucks der Schmelzpunkt des Trägermaterials erhöht und gleichzeitig die pe-

ritektischen Temperaraturen der supraleitenden Materialien erniedrigt werden (und umgekehrt).

Nach Erreichen der für die Wärmebehandlung vorgesehen Endtemperatur schließt sich die isotherme Abkühlung an.

Für die isotherme Abkühlung können Abkühiraten gewählt werden wie sie für die Schmeiztexturierung von supraleitenden Materialien üblich sind.

Beispielsweise kann die Abkühlung mit einer Rate von 10°C/Stunde und weniger erfolgen.

Niedrigere Abkühiraten haben sich dabei zur Vermeidung von mechanischen Spannungen als vorteilhaft erwiesen.

Besonders bevorzugt erfolgt die Abkühlung mit einer Rate im Bereich von 0,5 bis 3 °C/Stunde, insbesondere 0,5 bis 1 °C/Stunde.

Allgemein ist die Menge an Flüssigphase, hier Ba2Cu305, für die Ausbildung des gewünschten Supraleitermaterials ausreichend zu wählen. Sie richtet sich dem- nach nach Art und Menge der weiteren Ausgangsmaterialien.

Figur 1 c zeigt einen Schnitt durch die Dicke der Anordnung aus Trägermaterial 1 und darauf aufgetragenen Ausgangsmaterialien 2,3, 4 und 5.

Wie aus Figur 1c ersichtlich ist, muss das als Flüssigphase dienende Ba2Cu305 4 die Materialien 3 und 5 nicht vollständig bedecken, sondern es ist ausreichend wenn dieser lediglich einen Randbereich der aus diesen Materialien gebildeten Linien überlappt.

Figur 2 zeigt eine Anordnung für die Ausbildung einer bandförmigen Struktur auf einem Trägermaterial 1 aus AgPd mit darauf nebeneinander angeordneten Linien aus Y211 2, Yb211 3 und Nd123 5 sowie Ba2Cu305 4 als Flüssigphase.

Die linke Abbildung zeigt hierbei die Anordnung vor der Wärmebehandlung und anschließenden isothermen Abkühlung. Die rechte Abbildung zeigt das fertige Band, wobei schematisch die gebildeten 1-2-3-Kristalle 6 sowie deren Ausrich- tung dargestellt sind.

Die Abbildungen gemäß Figur 3 zeigen die Herstellung einer kreisförmigen Struktur gemäß dem nachstehend beschriebenen Beispiel 2. Die mittlere Abbil- dung ist hierbei ein vergrößerter Ausschnitt der rechten Abbildung mit der kleine- ren Längenskala I, das heißt der Anordnung der Ausgangsmaterialien zueinan- der und die rechte Abbildung die fertige Dickschicht, wobei die biaxial Ausrich- tung der gebildeten 1-2-3-Kristalle 6 schematisch wiedergegeben ist.

Ein Beispiel für eine Anordnung der Ausgangsmaterialien übereinander zeigt Figur 5.

Hierfür kann auf dem Trägermaterial 1 zunächst eine Linie aus 1-2-3-Material 5 aufgebracht werden, die von einer Linie aus einem ersten Ausgangsmate- rial 211 2, das daneben angeordnet ist, überlappt wird. Eine Linie aus einem zweiten 2-1-1-Ausgangsmaterial 3 kann dann auf dem ersten 211-Ausgangs- material 2 auf der dem 1-2-3-Ausgangsmaterial 5 gegenüberliegenden Seite aufgebracht werden. Für die peritektische Erstarrungstemperatur der Materialien gilt wieder Tp (1-2-3-Ausgangsmaterial) > Tp (gebildetes 1-2-3-Material aus ers- ten 2-1-1-Ausgangsmaterial) > Tp (gebildetes 1-2-3-Material aus zweitem Aus- gangsmaterial).

Durch diese Anordnung kann eine Variation der Ausrichtung des Vektors des Gradienten für die peritektische Erstarrungstemperatur erzielt werden. Werden die Ausgangsmaterialien nebeneinander angeordnet wie zum Beispiels in den Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 3 weist dieser Vektor in einer Ebene von der Seite der Ausgangsmaterialien mit der höchsten peritektischen Erstarrungstemperatur zu der Seite mit der niedrigsten peritektischen Erstar- rungstemperatur.

Im Gegensatz hierzu weist in der Anordnung gemäß der Figur 5 der Vektor von links unten (höchste peritektische Erstarrungstemperatur) nach rechts oben (niedrigste peritektische Erstarrungstemperatur). Durch diese schräg verlaufende Ausrichtung des Vektor kann neben der gewünschten biaxialen Ausrichtung gleichzeitig Einfluss auf die Ausrichtung der c-Achse erzielt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Herstellung der supraleitenden Dickschicht unter Verwendung von Kristallen aus

supraleitendem Material, die sich in situ bei der Durchführung des Verfahrens bilden und ausrichten..

Diese Ausführungsform beruht auf der erfindungsgemäßen Erkenntnis, dass bei der Herstellung von supraleitenden Materialien mittels Schmeiztechnologie eine Ausrichtung der supraleitenden Kristalle in Richtung einer Dimension der für das supraleitende Material gewählten geometrischen Anordnung bewirkt werden kann, wenn diese Dimension eine extrem kleine Abmessung aufweist, die wenige 100 jn. m nicht übersteigt.

Diese geometrische Anordnung kann eine beliebige Form aufweisen, solange die Abmessungen die gewünschte Ausrichtung bewirken. Sie kann band-oder streifenförmig sein, eine Spirale, Raute oder Kombinationen davon.

Nachstehend wird diese Ausführungsform unter Bezugnahme auf Figur 6 am Beispiel der Ausbildung einer Dickschicht auf Basis eines 1-2-3-supraleitenden Materials erläutert.

Wie in Figur 6 gezeigt, wird zunächst in einer ersten Stufe mindestens ein ge- eignetes Ausgangsmaterial mit einer 2-1-1-Zusammensetzung beziehungsweise einer entsprechenden geeigneten Stöchiometrie, zum Beispiel 4-2-2 im Fall von Nd, und darüber Barium-Cuprat als Flüssigphase in einer geeigneten Stöchiometrie, zum Beispiel Ba2Cu305 wie vorstehend beschrieben, auf einem Trägermaterial 1, zum Beispiel AgPd, in Form 7 der gewünschten Dickschicht angeordnet.

In einer zweiten Stufe werden als geometrische Anordnung schmale Streifen 8 eines weiteren Ausgangsmaterials in einem Winkel zu der in Stufe 1 erhaltenen Anordnung 7 angeordnet, wobei diese Streifen 8 mit ihrer Breitseite mit einem Rand der in Stufe 1 erhaltenen Anordnung in Kontakt stehen, von dem ausgehend die gerichtete Kristallisation des auszubildenden supraleitenden Materials initiiert werden soll. Üblicherweise wird für die Ausbildung einer Dickschicht aus supraleitendem Material die Keimbildung entlang einer Längsseite initiiert, wie in Figur 6 gezeigt.

Für die schmalen Streifen 8 wird ein Ausgangsmaterial für ein supraleitendes Material gewählt, dessen peritektische Erstarrungstemperatur höher ist als die des supraleitenden Materials oder der supraleitenden Materialien für die eigentliche Dickschicht gemäß der Form 7.

Die Dimensionen des schmalen Streifens 8 werden hierbei so gewählt, dass ent- lang der Breite des Streifens 8 eine Ausrichtung der sich bildenden 1-2-3- Kristalle erzwungen wird.

Um eine ausreichende Ausrichtung der Kristalle zu erzwingen, sollte die Breite des Streifens 8 200 Rm nicht überschreiten, da sich mit zunehmender Breite der Grad der Orientierung verringert.

Wie vorstehend ausgeführt, können anstelle der schmalen Streifen 8 beliebige geometrische Anordnungen mit einer extrem kleinen Dimension gewählt werden.

Vorzugsweise wird für die Streifen 8 eine Breite in einem Bereich von 100 um bis 200 um, insbesondere 100 um oder nahe 100 p, m gewählt. Für die Länge sind Abmessungen im Millimeter-Bereich ausreichend. So liegen geeignete Längen in einem Bereich von 1 mm bis 5 mm.

Bei Bedarf kann die Länge auch größer, zum Beispiel im Zentimeterbereich aber auch kleiner, zum Beispiel im Mikrometerbereich gewählt werden.

Die Anzahl der Streifen 8 kann je nach Bedarf gewählt werden und unterliegt keiner prinzipiellen Beschränkung.

Der Abstand zwischen den einzelnen Streifen 8 wird zweckmäßigerweise so ge- wählt, dass sich die Materialien bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht gegenseitig beeinflussen und insbesondere beim Aufschmelzen nicht ineinander verlaufen.

Durch den Winkel, mit dem die Streifen 8 auf die Anordnung 7 für die Dickschicht auftreffen, kann die Orientierung der sich in der Anordnung 7 bildenden Kristalle beeinflusst werden. So zeigen die Kristalle bei einer Streifenanordnung in einem Winkel von 45° eine <110>-Orientierung, wie in

Abbildung 6a gezeigt, und bei Auftreffen in einem 90°-Winkel eine <100>- Orientierung, wie in Abbildung 6b gezeigt.

Erfindungsgemäß ist insbesondere eine Anordnung der Streifen 8 in einem 45°- Winkel und damit eine <110>-Orientierung der Kristalle in Hinblick auf die zu er- zielenden Stromdichten besonders bevorzugt. Die Korngrenzen von supraleiten- den Kristallen, welche mit <110>-Orientierung aneinander stoßen, zeigen geringere Verunreinigungen (Seigerung) an den Korngrenzen als Kristalle, die mit anderen Orientierungen, wie zum Beispiel <100>-Orientierung, aneinander stoßen. Damit können für supraleitende Materialien mit <110>-orientierten Kristallen besonders hohe Stromdichten erzielt werden.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer supraleitenden Dickschicht mittels in situ erzeugter und ausgerichteter Kristalle erfolgt bei einer Temperatur, bei der auch das für den Streifen 8 gewählte Ausgangsmaterial aufschmilzt. Gleichzeitig erfolgt hierbei eine Gradientenaus- bildung entlang des Kontaktbereichs des Streifens 8 mit der geometrischen Form 7 für die Dickschicht Beim isothermen Abkühlen setzt die Kristallisation der 1-2-3-Materialien als erstes auf dem Streifen 8 an einer beliebigen Stelle ein, die in Figuren 6a und b mit Rechtecken 9 angedeutet ist. Die Kristalle richten sich hierbei mit ihren <100> beziehungsweise <010> Kanten parallel zu den Kanten des Streifens 8 aus und die Kristallisation schreitet entlang dem Konzentrationsgradienten in Richtung der Form 7 und dann in die Form 7 hinein. Wie in Figur 6a durch das Bezugszeichen 10 angedeutet, wachsen die in dem Streifen 8 gebildeten 1-2-3- Kristalle sozusagen in die Form 7 hinein und bewirken eine gerichtete Kristallisation des Ausgangsmaterials, das gemäß der Form 7 angeordnet worden ist, in dieser Verzugsrichtung.

Werden gemäß einer weiteren Verfahrensvariante für das erfindungsgemäße Verfahren pulverförmige Ausgangsmaterialien gewählt, kann gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt ein Gradient aufgrund verschiedener Partikelgrößen der einzelnen Ausgangsmaterialien erzeugt werden. In diesem

Fall können die verschiedenen Ausgangsmaterialien auch dieselbe chemische Zusammensetzung aufweisen.

Hierbei können die Ausgangsmaterialien auf der in Figur 1 b gezeigten kleineren Mengenskala so angeordnet werden, dass ein das texturierte Wachstum der supraleitenden Dickschichten begünstigender Gradient der Partikelgröße für mindestens ein Ausgangmaterial erzeugt wird.

Das nach dem isothermen Abkühlen erhaltene Schichtmaterial weist im Allgemeinen als solches noch keine Supraleitung auf. Zur Erzeugung der Supraleitung in dem vorgeformten supraleitfähigen Material wird die Dickschicht mit dem supraleitfähigen Material einer an sich bekannten Wärmebehandlung zur Einstellung des Sauerstoffgehaltes des supraleitfähigen Materials unterzogen. Diese Herstellung der Supraleitung in einem supraleiffähigen Material ist an sich bekannt.

Beispielsweise kann hierfür die erhaltene texturierte supraleitfähige Dickschicht für 50 bis 100 Stunden in einer Atmosphäre mit 1 Bar Sauerstoffpartialdruck auf 500°C erhitzt werden, um so den Sauerstoffgehalt des supraleitfähigen Materials in der Dickschicht zu optimieren. Die Heiz-und Kühlraten der Sauerstoffbehandlung können etwa 100°C/Stunde betragen.

Die Dicke der erfindungsgemäßen Dickschichten liegt üblicherweise in einem Bereich von größer 5 um, insbesondere von 10 um und mehr, und kleiner 1mm, vorzugsweise von 20 um und mehr und kleiner 1mm und insbesondere zwischen 20 um und mehr und 200 um.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Dickschichten zeigen Werte für Jc von 104A/cm2 bei 77 K, 0 T unter Anwendung eines 2 uV/cm-Kriteriums, wobei die Jc-Werte für die Dickschicht gemäß Beispiel 1in Figur 4 als Diagramm gezeigt sind.

Diese guten Jc-Werte belegen, dass die erfindungsgemäß biaxial texturierte Dickschichten erhalten werden, die dicht und kontinuierlich sind und damit eine ausgezeichnete Stromtragfähigkeit besitzen.

Die Textur der erfindungsgemäß erhaltenen Dickschichten ist unabhängig von der Art des verwendeten Trägermaterials. Anders als bei den nach dem Stand der Technik erhaltenen Dickschichten besteht erfindungsgemäß keine Korellation zwischen der Textur der Dickschicht und der Beschaffenheit des Trägermaterials, da die Beschaffenheit des Trägermaterials einschließlich einer möglichen Textur des Trägermaterials keinen Einfluss auf die Orientierung der supraleitenden Kristalle in der Dickschicht hat. Damit ist es erfindungsgemäß möglich, ein beliebiges Trägermaterial zu verwenden. Insbesondere ist es auch möglich, untexturierte polykristalline Trägermaterialien aus Metall oder Keramik wie zum Beispiel polykristallinem Silber zu verwenden, ohne dass das Material einer wie bisher üblichen Vorbehandlung zur Texturierung unterzogen werden muss.

Erfindungsgemäß lassen sich zudem biaxial texturierte Dickschichten erhalten, deren supraleitendes Material mindestens für eine Komponente der Zusammensetzung aus der das supraleitende Material gebildet ist, einen Konzentrationsgradienten in Richtung der biaxialen Orientierung der Kristalle aufweist.

Aufgrund ihrer biaxialen Texturierung mit einer dichten und kontinuierlichen Schicht und einer erzielbaren Dicke von mehr als 5, um zeigen die erfindungsgemäß erhaltenen supraleitenden Dickschichten eine für praktische Anwendungen geeignet hohe kritische Stromdichte und absoluten kritischen Strom.

Daher können die erfindungsgemäßen supraleitenden Dickschichten beziehungsweise supraleitenden Strukturen für eine Vielzahl von energietechnischen Anwendungen wie Hochstromanwendungen und im Hochfrequenzbereich eingesetzt werden.

Beispiele hierfür sind Anwendungen für magnetische Lagerungen, magnetische Abschirmungen, Stromzuführungen, Strombegrenzer etc.. Eine mäanderförmige Struktur aus erfindungsgemäßen texturierten supraleitendem Material kann zum Beispiel als resistiver Strombegrenzer eingesetzt werden.

Für Hochfrequenzanwendungen können erfindungsgemäße Dickschichten beziehungsweise Strukturen zum Beispiel als Antennen oder Filter eingesetzt werden.

Ein weiteres Einsatzgebiet für die erfindungsgemäßen Dickschichten ist die Verwendung als Keimbildner für die Herstellung von Massivmaterialien.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen beschrieben : Erstes Beispiel : Herstellung einer biaxial texturierten, linienförmigen (SE) Ba2Cu307-x Dick- schichtstruktur auf einem metallischen Band gemäß Figur 2.

Trägermaterial : Bandstück aus AgPd12,5 (Palladium in Gewichtsprozent) mit einer Dicke von circa 100 um, einer Breite von circa 2 cm und einer Länge von circa 5 cm.

Ausgangsmaterialien : Pulver aus Y2BaCuO5 (Y211), NdBa2Cu307 x (Nd123), Yb2BaCuO5 (Yb211) sowie eine Pulvermischung aus BaCuO2 und CuO mit no- minaler Stöchiometrie Ba2Cu305 mit Zugabe von 1 bis 10 Gewichtsprozent Ag- Pulver als Flüssigphase.

Der mittlere Durchmesser der Pulverteilchen aller Pulver lag im Bereich von 1 bis 50 um.

Auf das Trägermaterial wurden mit Pinseln oder mittels eines Airbrushs neben- einander wie in Figur 2 gezeigt folgende Linien aufgebracht : - eine 1 mm breite Linie aus Nd123 (5) (5 cm lang, insgesamt etwa 40 mg Nd 123), - eine 5 mm breite Linie aus Y211 (2) (5 cm lang, insgesamt etwa 200 mg Y211)., und - eine 2 mm breite Linie aus Yb211 (3) (5 cm lang, insgesamt etwa 90 mg.

Die so nebeneinander angeordneten Linien wurden anschließend mit einer Schicht aus Flüssigphase mit insgesamt etwa 400 mg an Ba2Cu305 5 abgedeckt.

Das so beschichtete Trägermaterial wurde in Luft in einem handelsüblichen Kammerofen auf einem Al203-Block platziert und der folgenden Wärmehandlung unterzogen : Starttemperatur Heizrate Zieltemperatur Haltezeit Raumtemperatur 500 °C/h 500 °C 2h 500 °C 500 °C/h 975 °C 1 h 975 °C 0, 5-1 °C/h 950°C 0 min 950 °C 100 °C/h Raumtemperatur Während des ersten Schrittes dieser Wärmebehandlung wurden vornehmlich die verwendeten Lösungsmittel, Wasser mit 2 Gew% Polyvinylalkohol (PVA), verdampft.

Während des zweiten Schritts der Wärmebehandlung schmolz die Mischung aus Silber, Bariumcuprat und Kupferoxid-die Flüssigphase-auf und bildete eine dotierte Bariumcupratschmelze, die die darunter liegenden, nebeneinander an- geordneten Ausgangsmaterialien infiltrierte. Die Ausgangsmaterialien (2), (3) und (5) wurden zumindest teilweise von dieser Flüssigphase gelöst. Es bildete sich ein Konzentrationsgradient von Neodym aus, welcher von Ausgangsmaterial (5) ausgehend in Richtung Ausgangsmaterial (3) wies. Umgekehrt bildete sich außerdem ein Gradient der Konzentration von Ytterbium, welcher von Aus- gangsmaterial (3) ausgehend in Richtung Ausgangsmaterial (2) wies.

Aufgrund der unterschiedlichen peritektischen Erstarrungstemperaturen Tp für unterschiedliche Supraleiter (SE) Ba2Cu307x mit Tp (Nd123) > Tp (Y123) > Tp (Yb123) ergab sich im Gesamtsystem infolge des oben erwähnten Konzent- rationsgradienten ein Gradient der Erstarrungstemperatur. Dadurch wurde bei dem räumlich isothermen, langsamen Abkühlen im Schritt 3 ein gerichtetes Wachstum der Supraleiterkristalle parallel zu dem Gradienten der Erstarrungstemperatur begünstigt.

Zur Herstellung der Supraleitfähigkeit wurden die erhaltenen Proben für 50 bis 100 Stunden in einer Atmosphäre mit 1 bar Sauerstoffpartialdruck auf 500 °C erhitzt. In diesem Verfahrensschritt wurde der Sauerstoffgehalt der Proben dahingehend optimiert, dass x in YBa2Cu307x minimal auf jeden Fall jedoch kleiner als 0,5 wird. Die Heiz-und Kühlraten der Sauerstoffbehandlung betrugen etwa 100 °C/h.

Die Dicken der erhaltenen Dickschichten lagen typischerweise im Bereich zwischen 10 und 15 um.

Zweites Ausführungsbeispiel : Herstellung der kreisförmigen Struktur gemäß Figur 3.

Das zweite Ausführungsbeispiel wurde analog zu dem ersten Ausführungsbei- spiel durchgeführt, jedoch wurden die Wärmebehandlung und die isotherme Ab- kühlung unter folgenden Bedingungen durchgeführt : Starttemperatur Heizrate Zieltemperatur Haltezeit Raumtemperatur 30 °C/min 1125 °C 5 min 1125 °C 5 °C/min 1050 °C 5 min 1050 °C 0, 1 °C/min 975 °C 0 min 975 °C Abkühlen des Ofens Raumtemperatur

Bezugszeichenliste 1. Trägermaterial 2. Y211 3. Yb211 4. Ba2Cu305 5. Nd123 6. texturierte 123-Kristalle 7. Form für Dickschicht 8. schmaler Streifen 9. supraleitende Kristalle 10. Richtung des Kristallwachstums