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Die Verfügbarkeit von kompakten Generatoren mit supraleitenden Rotorwicklungen ist eine wesentliche Voraussetzung zur zukünftigen Realisierung kostengünstiger Windkraftanlagen.

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Zu hohe Kosten der verfügbaren technischen Hochtemperatur-Supraleiter verhindern bis heute noch die Produkteinführung für diese Anwendung. Um die hierfür benötigten erheblichen Supraleitermengen preiswert herstellen zu können, wurde im Vorhaben DIAMANT das neuartige Verfahren der Aerosol-Depositions-Methode (ADM, auch als aerosolbasierte Kaltabscheidung bezeichnet) auf das vielversprechende Hochtemperatur-Supraleitermaterial Magnesiumdiborid (MgB2) angewendet. Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Bei der ADM-Methode wird das Ausgangspulver als Partikel-Aerosol dispergiert und mittels einer Düse bei starkem Unterdruck auf das Substratmaterial verteilt. Aufgrund der hohen kinetischen Energie der Partikel verdichten sich diese nach dem Aufprall in-situ bei Raumtemperatur und ermöglichen so die Abscheidung mehrerer zehn µm dicker, supraleitfähiger Schichten mit hoher Dichte und Homogenität.

Im Verbundprojekt konnte Palas® zusammen mit den Projektpartnern des Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Siemens AG sowie der Universität Bayreuth Grundlagenuntersuchungen zum Schichtabscheidungsprozess durchführen. Die neuentwickelten Aerosolgeneratoren RBG 1000 SD und RBG 2000 SD ermöglichten den Forschern dabei erstmalig die einstellbare, reproduzierbare und konstante Dispergierung verschiedener Ausgangspulver auch bei Unterdrücken bis 300 mbar.

Aufgrund der sauerstoffempfindlichen Ausgangspulver schätzten die Forscher zudem die hohe Vakuumdichtigkeit sowie den flexiblen Betrieb der RBG-Generatoren mit inerten Trägergasen wie Stickstoff, Helium oder Formiergas. Durch die Integration eines Palas® Aerosolspektrometer welas® digital 2000 in die Gesamt-ADM-Anlage konnte zudem erstmalig die Partikelgrößenverteilung des dispergierten Aerosols in-situ im Prozess bei Unterdrücken bis 300 mbar absolut direkt vor der Abscheidedüse ermittelt werden. Die Wissenschaftler konnten somit den Einfluss verschiedener Betriebsmodi des RBGs auf die Partikelgrößenverteilung und die Anzahlkonzentration unmittelbar vor der Beschichtungsdüse erfassen. Dies ermöglicht wichtige Rückschlüsse auf die Schicht- und supraleitenden Eigenschaften.

Nach Abschluss des Projektes werden die neuen Erkenntnisse jetzt auch u. a. auf der Aerosol Technology Conference 2018 in Bilbao vorgestellt. Zudem sind weitere Veröffentlichungen in Fachzeitschriften geplant.

» Weitere Informationen zum Projekt DIAMANT auf der Webseite des KIT

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