Bandglühanlage-kontinuierliche Wärmebehandlung für HTSL-Bänder

 

Glühanlage für  HTSL-Bandleiter

Für die Abteilung Supraleitende Materialien (26) wurde vom Bereich Forschungstechnik eine Anlage zur Durchlaufbehandlung langer, texturierter und oberflächenbehandelter Metallbänder entwickelt.

Ausgangspunkt für das Projekt ist die Idee, einen flexiblen, supraleitenden Leiter herzustellen. Dieser soll die Eigenschaften der Supraleitung von (YBCO-Material) und der Biegsamkeit legierter Metallbänder (auf Nickelbasis) vereinen. Um Metallbänder mit dem supraleitenden Material beschichten zu können, müssen im wesentlichen drei Bedingungen erfüllen.

  • Das Band verfügt über eine geeignete Textur (Würfeltextur) welche die Struktur der aufwachsenden supraleitenden Beschichtung vorgibt. Diese wird durch rekristallisierendes Glühen stark kaltumgeformter Bänder erreicht.
  • Die Beschichtungsoberfläche des Bandes muss frei von Verunreinigungen sein, was durch eine reduzierende Atmosphäre beim Glühen gesichert wird.
  • Zur Vermeidung der Diffusion von Metallatomen des Trägermaterials in den Supraleiter ist eine Pufferschicht zwischen Metallband und Supraleiter nötig. Diese wird zweckmäßig durch Oberflächenbehandlung des Bandes unter Sauerstoff als Metalloxid dargestellt.

Diese Voraussetzung zur Texturierung und Oberflächenbehandlung der vorher kaltgewalzten Metallbänder bildet die neue Anlage, die nun im Rahmen des IFW-Projektes „YBCO-Bandleiter“ (Forschungsgebiet Supraleitung/Supraleiter) in Kooperation mit anderen Einrichtungen eingesetzt wird.

Die Bandglühanlage ist ein geschlossenes System mit dem Reaktionsofen- sowie den beiden Wickelkammern. Ihre Funktionsweise ist in der schematischen Darstellung erkennbar.

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Funktionsschema der Bandglühanlage



Der Ofenrezipient enthält ein geregeltes Heizsystem welches das bandumschließende Quarzglasreaktionsrohr erwärmt. Durch die rotationssymmetrische Geometrie und entsprechende Isolationen werden Bandtemperaturen bis 1200°C erreicht. Die Einleitung diverser Gase (H2, O2, N2, Ar) in das Innere des Quarzrohres ermöglichen das Glühen in reduzierender, oxidierender oder inerter Atmosphäre.

Die Wickelkammern enthalten die schnell wechselbaren Bandspulen, Drehdurchführungen für die Spulenantriebe/–lagerungen, die Bandführungen, Bandendeerkennung, Beschickungstüren und mehrere Prozessbeobachtungsfenster.

Des weiteren sind an der Anlage folgende periphere Komponenten installiert.

 

  • Zwei symmetrische Antriebs- und Bremssysteme die ein reversieren Durchziehen des Bandes (max. Länge 100 m, Dicke 30...80µm) mit Geschwindigkeiten von 0,1...50 mm/s und Zugkräfte von 5...20 N ermöglichen.
  • Eine Gasversorgung für die genaue Regelung von insgesamt 8 Gasströmen.
  • Ein Vakuumsystem zum Reinigen des Rezipienten von verbrauchten Gasen und Luft.
  • Ein PS/SPS-basiertes Steuerungssystem zur Eingabe der Glühparameter und zur Protokollierung der Versuchsdaten.

Das Foto zeigt einen Blick auf die vollständige Anlage im Labor des IFW.

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Die Bandglühanlage im Labor



Für die Einhaltung der Sicherheits- und Umweltschutzbestimmungen, insbesondere dem Explosionsschutz beim Umgang mit Sauerstoff und Wasserstoff wurde ein aufwendiges System mit 3 H2-Sensoren entwickelt. Bei Defekten an der Anlage oder einer Fehlbedienung laufen automatisch entsprechende Havariezyklen ab, die eine Gefährdung ausschließen.

Ansprechpartner: Voigtländer/Eickemeyer