專利名稱：制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫銅氧化物超導(dǎo)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到頂部籽晶熔滲生長法制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法。
背景技術(shù)：
單疇銅氧化物高溫超導(dǎo)塊材(RE-Ba-Cu-Ο，其中RE為稀土元素，如Nd、Gd、Y等)具有較高的臨界溫度和臨界電流密度，并且在強(qiáng)磁場下具有較強(qiáng)的磁通釘扎能力。這一優(yōu)勢(shì)為該類材料在磁懸浮技術(shù)方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，特別是在超導(dǎo)磁懸浮軸承、儲(chǔ)能飛輪以及超導(dǎo)電機(jī)和發(fā)電機(jī)等研制方面具有良好的應(yīng)用前景。在制備單疇銅氧化物超導(dǎo)塊材的過程中，應(yīng)用較多的工藝主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的頂部籽晶熔融織構(gòu)生長工藝，另一種是最近幾年發(fā)展起來的頂部籽晶熔滲生長工藝。自從頂部籽晶熔滲生長工藝被發(fā)明以來，受到了越來越多研究者的注意，因?yàn)樗梢杂行У亟鉀Q傳統(tǒng)熔融織構(gòu)生長工藝中存在的問題，例如樣品的收縮、變形、內(nèi)部存在大 量氣孔和宏觀裂紋、液相流失嚴(yán)重、Y2BaCuO5S子的局部偏析等等。在熔滲生長工藝中，要用到三個(gè)等直徑的先驅(qū)坯塊，包括Y2BaCuO5先驅(qū)塊、液相塊和支撐塊，Y2BaCuO5先驅(qū)塊由相純度高、粒度小的Y2BaCuO5先驅(qū)粉壓制而成，液相塊由等摩爾比的YBa2Cu307_x和Ba3Cu5O8(Ba3Cu5O8是BaCuO2與CuO摩爾比為3 2的混合物)混合壓制而成，支撐塊由初始粉氧化物Y2O3直接壓制而成。在熱處理前，先將液相塊放置到支撐塊的上面，再將Y2BaCuO5先驅(qū)塊放到液相塊上面。在熱處理過程中，液相塊中的富Ba、Cu液相熔化，在毛細(xì)吸引力的作用下滲透到上面的Y2BaCuO5先驅(qū)塊中，在隨后的慢降溫過程中，此液相與先驅(qū)塊的Y2BaCuO5相反應(yīng)，生成YBa2Cu3CVx相，并且在籽晶的誘導(dǎo)下完成YBa2Cu3CVx晶粒的有序生長。在熱處理過程中支撐塊也會(huì)吸收一部分液相，生成大部分的Y2BaCuO5相和少量的YBa2Cu3CVx相。由于大量Y2BaCuO5固態(tài)粒子的存在，支撐塊可以在高溫下支撐上面的兩個(gè)先驅(qū)塊，使其在熱處理過程中保持豎立不倒，并且可以阻止液相的流失，這表明頂部籽晶熔滲生長法可以解決頂部籽晶熔融織構(gòu)方法存在的問題。但是，這種方法在制備單疇YBCO超導(dǎo)體之前，必須先制備Y2BaCu05、YBa2Cu3CVx和BaCuO2三種先驅(qū)粉體，傳統(tǒng)的固態(tài)反應(yīng)法制取先驅(qū)粉，主要是通過反復(fù)的高溫煅燒和研磨得到相純凈、碳含量低及較小粒度(O. I 10微米)的先驅(qū)粉體，這些方法均存在制備時(shí)間長，效率低的問題，而且實(shí)驗(yàn)耗資也相對(duì)較高，因此就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)制備工藝耗時(shí)多，效率低，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的單疇釓鋇銅氧超導(dǎo)塊材的制取方法中需要先制備多種先驅(qū)粉，制備時(shí)間長、工藝成本高的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種先驅(qū)粉制備時(shí)間短且所能夠制備出易于定向生長、磁懸浮力較大的超導(dǎo)塊材的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法。解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案由下述的步驟組成(I)配制固相先驅(qū)粉
取BaCO3與CuO粉按摩爾比為I : I混合，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :x的比例混合均勻，制成(Y203+x BaCuO2)作為固相先驅(qū)粉；上式中O. 5彡X彡3 ;(2)配制液相源粉取Y2O3與BaC03、CuO粉按摩爾比為I :4 6的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成YBa2Cu307_y粉體，取BaCOj CuO粉按摩爾比為！ 的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成BaCuO2粉體，將YBa2Cu307_y粉體與CuO粉、BaCuO2粉按摩爾比為I :2 3的比例混合均勻，作為液相源粉；上式中(3)壓制固相先驅(qū)塊和液相塊 取(Y203+x BaCuO2)固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成(Y203+x BaCuO2)固相先驅(qū)塊和液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :0. 72 I. 93 ;(4)壓制支撐塊將Y2O3粉或Yb2O3粉壓制成與液相塊形狀相同的坯塊，作為支撐塊；(5)制備釹鋇銅氧籽晶塊取Nd2O3與BaC03、Cu0粉混合，Nd2O3與BaC03、Cu0粉的摩爾比為I :1 :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成Nd2BaCuO5粉，取Nd2O3與BaC03、CuO粉混合，Nd2O3與BaC03、CuO粉的摩爾比為I :
4:6，用固態(tài)反應(yīng)法制成NdBa2Cu307_s粉，將Nd2BaCuO5粉體與NdBa2Cu307_s粉體按照質(zhì)量比為I :3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊；上式中O彡δ ^ I ；(6)坯體裝配及放置在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(Y203+xBaCuO2)固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，形成坯體；(7)熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時(shí)90 120°C的升溫速率升溫至920°C，保溫10 20小時(shí)，再以每小時(shí)40 60°C的升溫速率升溫至1040 1045°C，保溫I 2小時(shí)；以每小時(shí)50°C的降溫速率降溫至1015 1020°C，以每小時(shí)O. I O. 5°C的降溫速率慢冷至970 990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材；(8)滲氧處理將單疇釔鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，440 410°C的溫區(qū)中慢冷200小時(shí)，得到單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。上述步驟(I)中，取BaCO3與CuO粉按摩爾比為I : I混合，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :x的比例混合均勻，I彡X彡2，制成(Υ203+χBaCuO2)作為固相先驅(qū)粉。上述步驟(3)中，取(Y203+x BaCuO2)固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成(Υ203+χBaCuO2)固相先驅(qū)塊和液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :0. 958 I. 44。上述步驟(3)中，所述液相塊的尺寸不小于固相塊的尺寸。上述步驟(6)中MgO單晶片有等高的3 5片。
本發(fā)明的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法，采用頂部籽晶熔滲生長法通過改變固相塊所用固相源粉的成份，使得整個(gè)熔滲生長過程僅需YBa2Cu3CVs和BaCuO2兩種先驅(qū)粉，先驅(qū)粉的制備時(shí)間大大縮短，簡化了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、縮短了實(shí)驗(yàn)周期、降低了實(shí)驗(yàn)成本、提高了效率，而且本發(fā)明所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材磁懸浮力大，采用了液相塊的尺寸與固相塊的尺寸相比稍大或相等的裝配方法，有利于防止液相的流失、樣品的坍塌以及有利于固相與液相的充分接觸，有利于晶體的生長，易于定向生長。


圖I為不同比例的Y2O3與BaCuO2所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力對(duì)比曲線圖。圖2為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為1:0時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。 圖3為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為1:0. 5時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。圖4為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為I: I. O時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。圖5為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為I: I. 2時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。圖6為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為I: I. 5時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。圖7為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為I: I. 8時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。圖8為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為1:2. O時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。圖9為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為1:2. 5時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。圖10為固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的摩爾比為1:3. O時(shí)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材表面形貌照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例I以所用原料Y2O3為固相先驅(qū)粉的初始粉為例，制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法由下述的步驟組成(I)配制固相先驅(qū)粉取106. 9064g BaCO3 與 43. 0936g CuO 混合，BaCO3 與 CuO 粉的摩爾比為 I :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I : I. 2的比例混合，取混合粉體IOOg加入到球磨機(jī)中混勻，制成(Y203+1. 2BaCu02)作為固相先驅(qū)粉。(2)配制液相源粉
取22. 6956g Y2O3 與 79. 3350g BaC03、47. 9695g CuO粉按摩爾比為 I :4 :6 的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成YBa2Cu307_y粉體，O彡y彡1，取106. 9064g BaCO3與43. 0936g CuO粉按摩爾比為I :1的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成BaCuO2粉體，將76. 7389g YBa2Cu3O7^y粉體與18. 5484g CuO粉、81. 4516g BaCuO2粉按摩爾比為I 2 3的比例混合均勻，作為液相源粉。(3)壓制固相先驅(qū)塊和液相塊取9. 9134g (Y2O3+1· 2BaCu02)固相先驅(qū)粉壓制成直徑為20mm，厚度為IOmm的圓柱形固相先驅(qū)塊，取13g液相源粉壓制成直徑為30mm,厚度為15mm的圓柱形液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :1. 31。(4)壓制支撐塊取Y2O3粉3g壓制成直徑為30mm,厚度為15mm的圓柱形支撐塊。
(5)制備釹鋇銅氧籽晶塊取54. 8586g Nd2O3 與 32. 1727g BaCO3'12. 9687g CuO 粉混合，Nd2O3 與 BaCO3> CuO粉的摩爾比為I 1 :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成Nd2BaCuO5粉，取20. 9895g Nd2O3>49. 2386gBaC03、29. 7719g CuO粉混合，Nd2O3與BaCO3' CuO粉的摩爾比為I :4 :6，用固態(tài)反應(yīng)法制成NdBa2Cu3O"粉，O彡δ ( 1，將Nd2BaCuO5粉體與NdBa2Cu3O7-s粉體按照質(zhì)量比為I :3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法在管式爐中進(jìn)行燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊。( 6 )坯體裝配及放置在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置4片MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(Y203+1. 2BaCu02)固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，4片MgO單晶片的高度相同，并列放置，釹鋇銅氧籽晶塊位于(Y203+1. 2BaCu02)固相先驅(qū)塊上表面的中心位置，形成坯體。(7)熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時(shí)100°C的升溫速率升溫至920°C，保溫18小時(shí)，再以每小時(shí)50°C的升溫速率升溫至1042°C，保溫2小時(shí)；以每小時(shí)50°C的降溫速率降溫至1018°C，以每小時(shí)O. 4°C的降溫速率慢冷至980°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材。(8)滲氧處理將單疇釔鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，440 410°C的溫區(qū)中慢冷200小時(shí)，制備成單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。上述制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材，采用三維磁場與磁力測試裝置測量了其磁懸浮力，當(dāng)z=0. Olmm時(shí)磁懸浮力最大為50. 2075N，相應(yīng)磁懸浮力密度為15. 9896N/cm2。實(shí)施例2以所用原料Y2O3為固相先驅(qū)粉的初始粉為例，制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法由下述的步驟組成(I)配制固相先驅(qū)粉取106. 9064g BaCO3 與 43. 0936g CuO 混合，BaCO3 與 CuO 粉的摩爾比為 I :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I : I的比例混合，取混合粉體IOOg加入到球磨機(jī)中混勻，制成(Y203+BaCu02)作為固相先驅(qū)粉。
(2)配制液相源粉取22. 6956g Y2O3 與 79. 3350g BaC03、47. 9695g CuO粉按摩爾比為 I 4 :6 的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成YBa2Cu307_y粉體，O彡y彡1，取106. 9064g BaCO3與43. 0936g CuO粉按摩爾比為I :1的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成BaCuO2粉體，將76. 7389g YBa2Cu3O7^y粉體與18. 5484g CuO粉、81. 4516g BaCuO2粉按摩爾比為I 2 3的比例混合均勻，作為液
相源粉。(3)壓制固相先驅(qū)塊和液相塊取9g (Y203+BaCu02)固相先驅(qū)粉壓制成直徑為20mm的圓柱形固相先驅(qū)塊,取13g液相源粉壓制成直徑為30mm的圓柱形液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :1. 44。(4)壓制支撐塊
取3gY203粉壓制成直徑為30mm的圓柱形的支撐塊。(5)制備釹鋇銅氧籽晶塊取54. 8586g Nd2O3 與 32. 1727g BaC03、12. 9687g CuO 粉混合，Nd2O3 與 BaCO3、CuO 粉的摩爾比為I 1 :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成Nd2BaCuO5粉，取20. 9895g Nd2O3與49. 2386gBaC03、29. 7719g CuO粉混合，Nd2O3與BaCO3' CuO粉的摩爾比為I :4 :6，用固態(tài)反應(yīng)法制成NdBa2Cu3O"粉，O彡δ ( 1，將Nd2BaCuO5粉體與NdBa2Cu3O7-s粉體按照質(zhì)量比為I :3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法在管式爐中進(jìn)行燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊。( 6 )坯體裝配及放置在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置4片MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(Y203+BaCu02)固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，4片MgO單晶片的高度相同，并列放置，釹鋇銅氧籽晶塊位于(Y203+BaCu02)固相先驅(qū)塊的上表面中心位置，形成坯體。其它的步驟與實(shí)施例I相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例3以所用原料Y2O3為固相先驅(qū)粉的初始粉為例，制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法由下述的步驟組成(I)配制固相先驅(qū)粉取106. 9064g BaCO3 與 43. 0936g CuO 混合，BaCO3 與 CuO 粉的摩爾比為 I :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :2的比例混合，取混合粉體IOOg加入到球磨機(jī)中混勻，制成(Y203+2BaCu02)作為固相先驅(qū)粉。(2)配制液相源粉取22. 6956g Y2O3 與 79. 3350g BaC03、47. 9695g CuO粉按摩爾比為 I 4 :6 的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成YBa2Cu307_y粉體，O彡y彡I，取106. 9064g BaCO3與43. 0936g CuO粉按摩爾比為I :1的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成BaCuO2粉體，將76. 7389g YBa2Cu3O7^y粉體與18. 5484g CuO粉、81. 4516g BaCuO2粉按摩爾比為I 2 3的比例混合均勻，作為液相源粉。(3)壓制固相先驅(qū)塊和液相塊取13. 569g (Y203+2BaCu02)固相先驅(qū)粉壓制成直徑為20mm的圓柱形固相先驅(qū)塊，取13g液相源粉壓制成直徑為30mm的圓柱形液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :O. 958ο(4)壓制支撐塊取3g Y2O3粉壓制成直徑為30mm的圓柱形支撐塊。(5)制備釹鋇銅氧籽晶塊取54. 8586gNd203 與 32. 1727g BaCO3'12. 9687g CuO 粉混合，Nd2O3 與 BaCO3> CuO粉的摩爾比為I 1 :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成Nd2BaCuO5粉，取20. 9895g Nd2O3>49. 2386gBaC03、29. 7719g CuO粉混合，Nd2O3與BaCO3' CuO粉的摩爾比為I :4 :6，用固態(tài)反應(yīng)法制成NdBa2Cu3O"粉，O彡δ ( 1，將Nd2BaCuO5粉體與NdBa2Cu3O7-s粉體按照質(zhì)量比為I :3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法在管式爐中進(jìn)行燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊。
( 6 )坯體裝配及放置在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置4片MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(Y203+2BaCu02)固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，4片MgO單晶片的高度相同，并列放置，釹鋇銅氧籽晶塊位于(Y203+2BaCu02)固相先驅(qū)塊上表面的中心位置，形成坯體。其它的步驟與實(shí)施例I相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例4以所用原料Y2O3為固相先驅(qū)粉的初始粉為例，上述實(shí)施例I 3的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中在步驟(I)中取106. 9064g BaCO3 與 43. 0936g CuO 混合，BaCO3 與 CuO 粉的摩爾比為I :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :0. 5的比例混合，取混合粉體IOOg加入到球磨機(jī)中混勻，制成(Y203+0. 5BaCu02)作為固相先驅(qū)粉。在步驟(3)中，取6. 715g (Y203+0. 5BaCu02)固相先驅(qū)粉壓制成直徑為20mm，的圓柱形固相先驅(qū)塊，取13g液相源粉壓制成直徑為30mm的圓柱形液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :1. 93。在步驟(6)中，在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置4片MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(Y203+0. 5BaCu02)固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，4片MgO單晶片的高度相同，并列放置，釹鋇銅氧籽晶塊位于(Y203+0. 5BaCu02)固相先驅(qū)塊的上表面中心位置,形成還體。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例5以所用原料Y2O3為固相先驅(qū)粉的初始粉為例，上述實(shí)施例I 3的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中在步驟(I)中取106. 9064g BaCO3 與 43. 0936g CuO 混合，BaCO3 與 CuO 粉的摩爾比為I :1，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :3的比例混合，取混合粉體IOOg加入到球磨機(jī)中混勻，制成(Y203+3BaCu02)作為固相先驅(qū)粉。在步驟(3)中，取18. 137g (Y203+3BaCu02)固相先驅(qū)粉壓制成直徑為20mm的圓柱形固相先驅(qū)塊，取13g液相源粉壓制成直徑為30mm的圓柱形液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :0. 72。在步驟(6)中，在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置4片MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(Y203+3BaCu02)固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，4片MgO單晶片的高度相同，并列放置，釹鋇銅氧籽晶塊位于(Y203+3BaCu02)固相先驅(qū)塊的上表面中心位置，形成坯體。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例6上述實(shí)施例I 5的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中，在步驟(7)中，將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時(shí)90°C的升溫速率升溫至920°C，保溫20小時(shí)，再以每小時(shí)40°C的升溫速率升溫至1040°C，保溫2小時(shí)；以每小時(shí)50°C的降溫速率降溫至1015°C，以每小時(shí)O. 1°C的降溫速率慢冷至990°C，隨爐自然冷卻至 室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例7上述實(shí)施例I 5的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中，在步驟(7)中，將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時(shí)120°C的升溫速率升溫至920°C，保溫10小時(shí)，再以每小時(shí)60°C的升溫速率升溫至1045°C，保溫I小時(shí)；以每小時(shí)50°C的降溫速率降溫至1020°C，以每小時(shí)O. 5°C的降溫速率慢冷至970°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例8上述實(shí)施例I 7的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中，在步驟(3)中，取固相先驅(qū)粉壓制成直徑為30mm的圓柱形固相先驅(qū)塊，取液相源粉壓制成直徑為30mm的圓柱形液相塊，本步驟中其它的操作與相應(yīng)的實(shí)施例相同。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例9上述實(shí)施例I 7的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中，在步驟(3)中，取固相先驅(qū)粉壓制成直徑為25mm的圓柱形固相先驅(qū)塊，取液相源粉壓制成直徑為30mm的圓柱形液相塊，本步驟中其它的操作與相應(yīng)的實(shí)施例相同。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例10上述實(shí)施例I 9的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中，在步驟(4)中，Y2O3粉用等質(zhì)量的Yb2O3粉來替換，壓制成支撐塊。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例11上述實(shí)施例I 10的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中，在步驟(6)中，在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置3片MgO單晶片、支撐塊、液相塊、固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，3片MgO單晶片的高度相同，并列放置，釹鋇銅氧籽晶塊位于固相先驅(qū)塊的上表面中心位置，形成坯體。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。實(shí)施例12上述實(shí)施例I 10的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法中，在步驟(6)中，在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置5片MgO單晶片、支撐塊、液相塊、固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，5片MgO單晶片的高度相同，并列放置，釹鋇銅氧籽晶塊位于固相先驅(qū)塊的上表面中心位置，形成坯體。其它的步驟與相應(yīng)的實(shí)施例相同，制得單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。為了確定本發(fā)明的最佳原料配比，發(fā)明人對(duì)固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2的不同比例所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的形貌和磁懸浮力進(jìn)行檢測，確定固相先驅(qū)粉中Y2O3與BaCuO2不同比例對(duì)單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材形貌和磁懸浮力的影響，具體如下將BaCO3與CuO粉按摩爾比為I :1混合，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，取Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為Y2O3 =BaCuO2=I x混合均勻，制成(Y203+xBaCu02)作為固相先驅(qū)粉，X分別為0、0. 5、I、I. 2、I. 5、1.8、2、2. 5、3，混合均勻，制備成固相先驅(qū)粉；之后其它的步驟均與實(shí)施例I的相同，制備成直徑為20mm單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。(I)采用三維磁場與磁力測試裝置分別對(duì)所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表I和圖I。在圖I中，曲線a為x=0. 5的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線，曲線b為X=L O的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線，曲線c為X=L 2的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線，曲線d為X=L 5的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線，曲線e為X=L 8的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線，曲線f為x=2. O的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊 材的磁懸浮力曲線，曲線g為x=2. 5的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線，曲線h為x=3. O的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線。表I實(shí)施例I制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力測試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法，由下述步驟組成 (1)配制固相先驅(qū)粉 取BaCO3與CuO粉按摩爾比為I : I混合，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :x的比例混合均勻，制成Y203+x BaCuO2作為固相先驅(qū)粉； 上式中O. 5彡X彡3 ; (2)配制液相源粉 取Y2O3與BaCO3XuO粉按摩爾比為I :4 :6的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成YBa2Cu307_y粉體，取BaCO3與CuO粉按摩爾比為I : I的比例混合，用固態(tài)反應(yīng)法燒結(jié)成BaCuO2粉體，將YBa2Cu307_y粉體與CuO粉、BaCuO2粉按摩爾比為I :2 3的比例混合均勻，作為液相源粉； 上式中O彡y彡I ; (3)壓制固相先驅(qū)塊和液相塊 取Y203+x BaCuO2固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成Y203+x BaCuO2固相先驅(qū)塊和液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :0. 72 I. 93 ; (4)壓制支撐塊 將Y2O3粉或Yb2O3粉壓制成與液相塊形狀相同的坯塊，作為支撐塊； (5)制備釹鋇銅氧籽晶塊 取Nd2O3與BaC03、CuO粉混合，Nd2O3與BaC03、CuO粉的摩爾比為I : I : I，用固態(tài)反應(yīng)法制成Nd2BaCuO5粉，取Nd2O3與BaC03、CuO粉混合，Nd2O3與BaC03、CuO粉的摩爾比為1:4:6，用固態(tài)反應(yīng)法制成NdBa2Cu307_s粉，將Nd2BaCuO5粉體與NdBa2Cu3CVs粉體按照質(zhì)量比為I :3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧桿晶塊； 上式中δ I ； (6)坯體裝配及放置 在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(Y203+x BaCuO2)固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊，形成坯體； (7)熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材 將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時(shí)90 120°C的升溫速率升溫至920°C，保溫10 20小時(shí)，再以每小時(shí)40 60°C的升溫速率升溫至1040 1045°C，保溫I 2小時(shí)；以每小時(shí)50°C的降溫速率降溫至1015 1020°C，以每小時(shí)O. I O. 5°C的降溫速率慢冷至970 990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材； (8)滲氧處理 將單疇釔鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，440 410°C的溫區(qū)中慢冷200小時(shí)，得到單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法，其特征在于所述步驟(I)中，取BaCO3與CuO粉按摩爾比為I : I混合，用固態(tài)反應(yīng)法制成BaCuO2粉，將Y2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I x的比例混合均勻，I彡X彡2，制成Y203+x BaCuO2作為固相先驅(qū)粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法，其特征在于所述步驟(3)中，取Y203+x BaCuO2固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成Y203+x BaCuO2固相先驅(qū)塊和液相塊，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為I :0. 958 I. 44。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法，其特征在于所述步驟(3)中，所述液相塊的尺寸不小于固相塊的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法，其特征在于所述步驟(6)中MgO單晶片有等高的3 5片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的方法，其采用頂部籽晶熔滲生長法通過改變固相塊所用固相源粉的成份，使得整個(gè)熔滲生長過程僅需YBa2Cu3O7-δ和BaCuO2兩種先驅(qū)粉，先驅(qū)粉的制備時(shí)間大大縮短，簡化了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、縮短了實(shí)驗(yàn)周期、降低了實(shí)驗(yàn)成本、提高了效率，而且本發(fā)明所制備的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材磁懸浮力大，采用了液相塊的尺寸與固相塊的尺寸相比稍大或相等的裝配方法，有利于防止液相的流失、樣品的坍塌以及有利于固相與液相的充分接觸，有利于晶體的生長，易于定向生長。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102924075SQ20121050699
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者楊萬民, 王孝江, 王明梓 申請(qǐng)人:陜西師范大學(xué)