專利名稱：基于釹鋇銅氧保護層作熔融生長籽晶的超導塊材制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種超導材料技術領域的制備方法，具體是一種基于 NdBa2Cu3Oz (簡稱NdBCO、釹鋇銅氧)保護層作熔融生長(Melt Textured Growth，簡稱MTG) 籽晶的的超導塊材制備方法。
背景技術：
自從科學家發(fā)現(xiàn)REBa2Cu3Oz(簡稱REBC0、稀土鋇銅氧)這種具有巨大應用前途的高溫超導材料以來，其過高的制備成本一直制約其發(fā)展，而昂貴的籽晶材料是造成超導塊體材料制備成本過高的因素之一。傳統(tǒng)工藝中常使用的薄膜籽晶，雖然具有高熱穩(wěn)定性、易于制備等優(yōu)點，但由于制備工藝要求嚴格，且不能重復使用，因此使用成本較高。如何能有效地降低籽晶的使用成本，一直是一個熱門的研究課題。經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，目前減少籽晶制備成本，主要是使用批量生產(chǎn)的辦法，如《用于制備Sml23籽晶的、在空氣中熔融織構(gòu)SmBCO材料的生長與研究》(J Bierlich, THabisreuther,etc. , Superconductor Science and Technology,18 (2005)S194-S197)提到，可以將MgO (氧化鎂)誘導生長出的SmBCO (釤鋇銅氧SmBEi2Cu3Oz,簡稱SmBCO或Sml23) 晶體，用于批量生產(chǎn)SmBCO籽晶。但是該技術由于是使用MgO籽晶，而MgO與SmBCO晶格不完全匹配，致使熔融織構(gòu)生長出來的SmBCO為多晶。但作籽晶使用的晶體必須保證晶體內(nèi)晶向的統(tǒng)一，因此要使用 SmBCO作籽晶，必須對SmBCO多晶進行分割，分離出單晶，并且分辨出不同晶向，以保證單個晶粒的晶向統(tǒng)一。如此，便造成籽晶的制備成本上升，且過程耗時。其次，在所有REBCO 中，NdBCO 的 Tp(peritectic temperature，包晶反應溫度)高于 SmBCO,Tp(SmBCO) = 1055°C,Tp (NdBCO) = 1085°C。而在 MTG 中使用最高溫度(Tmax)必須高于待制備單晶材料的Tp，即要使待制備材料發(fā)生包晶反應；但為保證籽晶安全(不能使籽晶也發(fā)生包晶反應，否則就會使籽晶晶向發(fā)生改變，也就失去了籽晶誘導待制備材料單晶晶向的意義)，MTG中使用的溫度不能超過籽晶的Tp。因此，Sml23籽晶，只能用于Tp 小于Tp(SmBCO)的晶體材料，應用范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種基于釹鋇銅氧保護層作熔融生長籽晶的超導塊材制備方法，用NdBCCHAg2O塊體材料實驗中副產(chǎn)物——NdBCO保護層作籽晶。 所謂保護層，即籽晶與待生長塊材之間的一層小的過渡層，一般與待生長塊材的成分一致， 但尺寸較小，能起到規(guī)則單疇生長的作用。由于NdBCCHAg2O塊體材料實驗中使用NdBCO薄膜作籽晶，其與NdBCO晶格有很好的匹配性，因此誘導生成的NdBCO保護層晶向統(tǒng)一，能很容易辨別出(001)晶面，利用方便。再者，由于在NdBCCHAg2O塊體材料實驗中，NdBCO保護層與NdBCO塊體粉料是分開壓成塊的，只是在MTG反應中將兩者接觸疊放在一起，由于沒有另加機械外力，因此相較于Sml23籽晶，在NdBCO生成單晶中，保護層與塊體材料聯(lián)結(jié)力較弱，因此解理過程也更為簡單。其次，在所有REBCO材料中，NdBCO擁有最高的Tp，因此NdBCO 保護層可以為其他REBCO單晶材料作籽晶使用，使用范圍廣泛。NdBCO保護層作籽晶，在生長得到高質(zhì)量單疇塊體材料的同時，能有效降低籽晶使用成本，且籽晶能夠重復解理利用， 更能降低成本。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步、將稀土鋇銅氧(NdBCO) +Ag2O塊體材料實驗過程中的NdBCO保護層解理下來作為籽晶。所述的NdBCO保護層的直徑約為5mm，高度約為2mm。所述的解理是指礦物晶體受力后常沿一定方向的平面破裂，此破裂平面即稱為解理面。解理面一般平行于晶體格架中質(zhì)點最緊密，聯(lián)結(jié)力最強的面。因為垂直這種面的聯(lián)結(jié)力較弱，面與面之間的聯(lián)結(jié)力弱，晶粒易于平行此面破裂，解理的具體步驟為在NdBCO 保護層與NdBCO體材料接觸面處平行施加一外力，晶體受力后在接觸面處將沿受力方向的產(chǎn)生平面破裂，NdBCO保護層即與NdBCO體材料解理。第二步、將稀土鋇銅氧粉料或混合有A&0的稀土鋇銅氧粉料壓塊，將籽晶放置在粉料塊的頂面上并使NdBCO保護層的(001)面接觸粉料塊；第三步、把粉料塊放入爐中并升溫至Tmax = 1080°C后保溫1. 5小時，然后快速降溫到開始溫度Ts，以0. 3°C /小時的速度，緩慢降溫生長10小時，實現(xiàn)超導塊材制備。所述的開始溫度Ts為1005 1060°C。本發(fā)明所述的NdBCO保護層作籽晶，適合于所有“REBC0+Ag20”超導相單疇的制備， 且適用于除NdBCO外其他REBCO超導相單疇的制備。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1選擇Ts = 10050C，生長YBei2Cu3Oz (簡稱釔鋇銅氧、YBC0)單疇。1)將“NdBC0+A&0”實驗中的NdBCO保護層解理下來，以備作籽晶使用；2)將YBCO粉料壓塊，將NdBCO保護層放置在頂面上，并保證NdBCO保護層的(001) 面接觸粉料塊；3)把放有籽晶的粉料塊放入爐中，將溫度上升到Tmax = 1080°C，并保溫1. 5小時，再快速降溫到iTs = 1005°C，以0. 3°C /小時的速度，降溫到1002°C，生長10小時；4)將爐溫度快速降低到室溫，解理下NdBCO保護層以備下次作籽晶使用。制得的TOCO單疇的Jc (critical current density，臨界電流密度，其值越高，超導體的性能越好)最高值為50000A/cm2，性能良好。實施例2選擇Ts = 10450C，生長GdBa2Cu3Oz (簡稱GdBCO、釓鋇銅氧)單疇。1)將“NdBC0+A&0”實驗中的NdBCO保護層解理下來，以備作籽晶使用；2)將GdBCO粉料壓塊，將NdBCO保護層放置在頂面上，并保證NdBCO保護層的(001)面接觸粉料塊；3)把放有籽晶的粉料塊放入爐中，將溫度上升Tmax = 1080°C，并保溫1. 5小時， 再快速降溫到iTs = 1045°C，以0. 3°C /小時的速度，降溫到1042°C，生長10小時；4)將爐溫度快速降低到室溫，解理下NdBCO保護層以備下次作籽晶使用。制得的GdBCO單疇的Jc最高值為65000A/cm2，性能良好。實施例3選擇I1s = 1060°C，生長NdBCO+15wt% Ag2O (質(zhì)量分數(shù)為15%的氧化銀)。1)將“NdBC0+A&0”實驗中的NdBCO保護層解理下來，以備作籽晶使用；2)將NdBCO粉料加入15wt % Ag2O粉，混合均勻，再將粉料壓塊。將NdBCO保護層放置在頂面上，并保證NdBCO保護層的(001)面接觸粉料塊；3)把放有籽晶的粉料塊放入爐中，將溫度上升Tmax = 1080°C，并保溫1. 5小時， 再快速降溫到iTs = 1060°C，以0. 3°C /小時的速度，降溫到1057°C，生長10小時；4)將爐溫度快速降低到室溫，解理下NdBCO保護層以備下次作籽晶使用。制得的NdBCO的Jc最高值為40000A/cm2，性能良好。由于NdBCO保護層是“NdBC0+5Wt% Ag2O^TG實驗的副產(chǎn)物，其作為籽晶的制備成本可忽略不計。且由于其晶向統(tǒng)一，(001)面極易獲得，解理作籽晶使用極為方便。又由于 NdBCO有很高的Tp，NdBCO保護層籽晶可以允許很高的MTG實驗溫度，所以NdBCO保護層可作為任何“REBC0+Ag20”MTG實驗的籽晶使用，應用范圍廣泛。經(jīng)實驗驗證，證實NdBCO保護層籽晶是性能高，且成本低、利用方便的籽晶。
權(quán)利要求
1.一種基于釹鋇銅氧保護層作熔融生長籽晶的超導塊材制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、將NdBCCHAg2O塊體材料實驗中的NdBCO保護層解理下來作為籽晶；第二步、將稀土鋇銅氧粉料或混合有A&0的稀土鋇銅氧粉料壓塊，將籽晶放置在粉料塊的頂面上并使NdBCO保護層的(001)面接觸粉料塊；第三步、把粉料塊放入爐中并升溫至Tmax = 1080°C后保溫1. 5小時，然后快速降溫到開始溫度Ts，以0. 3°C /小時的速度，緩慢降溫生長10小時，實現(xiàn)超導塊材制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于釹鋇銅氧保護層作熔融生長籽晶的超導塊材制備方法， 其特征是，在NdBCO保護層與NdBCO體材料接觸面處平行施加一外力，晶體受力后在接觸面處將沿受力方向的產(chǎn)生平面破裂，NdBCO保護層即與NdBCO體材料解理。
3.基于釹鋇銅氧保護層作熔融生長籽晶的超導塊材制備方法，其特征是，所述的開始溫度 iTs 為1005 1060°C。
全文摘要
一種超導材料制備技術領域的基于釹鋇銅氧保護層作熔融生長籽晶的超導塊材制備方法，通過將NdBCO+Ag2O塊體材料實驗中的NdBCO保護層解理下來作為籽晶；然后將稀土鋇銅氧粉料或混合有Ag2O的稀土鋇銅氧粉料壓塊，將籽晶放置在粉料塊的頂面上并使NdBCO保護層的(001)面接觸粉料塊；再把粉料塊放入爐中并升溫至Tmax＝1080℃后保溫1.5小時，然后快速降溫到開始溫度Ts，以0.3℃/小時的速度，緩慢降溫生長10小時，實現(xiàn)超導塊材制備。本發(fā)明制備過程簡易且成本低廉，在生長得到高質(zhì)量單疇塊體材料的同時，能有效降低籽晶使用成本。
文檔編號C04B41/87GK102167588SQ20101061950
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者姚忻, 李天宇, 許恒恒 申請人:上海交通大學