專利名稱:釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料的制取方法
本發(fā)明為一種制取釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料的方法。
眾所周知，釔鋇銅氧系(YBa2Cu3O6.5+δ)材料在90±3K時，直流電阻將降為零，呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，而這種超導(dǎo)材料的生產(chǎn)制備，通常采用的方法有高溫直接合成法與化學(xué)共沉淀法。這兩種方法的共同特點(diǎn)是以Y2O3、BaO和CuO為原料，按著Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例或同時混合，或同時共沉淀，然后，經(jīng)成型、燒結(jié)及熱處理等工序最終制出超導(dǎo)材料。由Y2O3、BaO及CuO三元系相關(guān)系圖可知，Y2O3、BaO及CuO間可生成3種二元化合物及2種三元化合物。如按Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3比例生成的單相化合物，則為超導(dǎo)體。如按Y∶Ba∶Cu＝2∶1∶1比例生成的化合物卻是絕緣體。無論是高溫直接合成法還是化學(xué)共沉淀法，為制取超導(dǎo)材料進(jìn)行混料時，就總量而言能保證按照Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例嚴(yán)格配制，但無論混合的怎樣均勻，也難于保證在混合料的每一微觀區(qū)域均能使Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例成立。即宏觀上Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的準(zhǔn)確控制，卻保證不了微觀上均能使Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3單相化合物得以生成。所以，接著高溫直接合成法或化學(xué)沉淀法制備的超導(dǎo)材料。并非均是單相的YBa2Cu3O6.5+δ化合物，或多或少還包括一些其它化合物。這樣一來，按著上述兩種方法制備超導(dǎo)材料往往是由兩相或者多相化合物構(gòu)成，而材料內(nèi)部相結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，則必然使超導(dǎo)體的性能不穩(wěn)定，同一工藝過程，同一批配料，制備出的樣品，測試時即有在低溫下呈現(xiàn)超導(dǎo)特性的超導(dǎo)體，又有無論常溫還是低溫都不導(dǎo)電的絕緣體。產(chǎn)品合格率很低，例如中國科技大學(xué)制備700個樣品中，僅有7個樣品是超導(dǎo)體。
本發(fā)明的目的是針對當(dāng)前制備釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料的工藝所生產(chǎn)出的產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，可靠性差，難于實(shí)現(xiàn)工廠化等問題，尋找出另外一種獨(dú)特的制備該種超導(dǎo)材料的方法，使之按著發(fā)明出的方法進(jìn)行制備，均能夠獲得單相的分子式為YBa2Cu3O6.5+δ的釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料，產(chǎn)品的超導(dǎo)性能穩(wěn)定可靠，合格率達(dá)100%，即每件樣品在液氮溫區(qū)均能成為超導(dǎo)體。
本項發(fā)明的構(gòu)思是從對Y2O3、BaO、CuO三元系相關(guān)系圖的分析而形成的。附圖一即為Y2O3、BaO、CuO三元系相關(guān)系圖。由圖可知，Y2O3、BaO、CuO三元系之間若能發(fā)生固相反應(yīng)，則除能生成YBa2Cu3O6.5+δ化合物以外，還能生成Y2Ba2O5、BaCuO2Y2Cu2O5及Y2BaCuO5等多種化合物，在上述各化合物中，下述兩相的固相反應(yīng)為
所產(chǎn)生的兩種化合物Y2Cu2O5、BaCuO2則是我們所希望的，因?yàn)檫@兩種化合物只要相互接觸，在高溫下就能進(jìn)一步發(fā)生如下固相反應(yīng)
反應(yīng)所生成的YBa2Cu3O6.5+δ正是單相超導(dǎo)化合物。對于下面的固相反應(yīng)所產(chǎn)生的化合物Y2Ba2O5則是我們所不希望的，因?yàn)橛辛薡2Ba2O5作為中間產(chǎn)物則可能發(fā)生另一種固相反應(yīng)產(chǎn)物為絕緣體，若使Y2Ba2O5轉(zhuǎn)化為超導(dǎo)體YBa2Cu3O6.5，則必使其發(fā)生如下反應(yīng)這是一個三個固相間反應(yīng)，生成第四個固相，而這就如同要進(jìn)行如下反應(yīng)一樣，是很困難的，只能靠緩慢的固相擴(kuò)散過程來完成。試設(shè)想，如能準(zhǔn)確控制固相反應(yīng)，使上述七個反應(yīng)中僅有反應(yīng)(7)發(fā)生，或者反應(yīng)(1)、(2)先發(fā)生，其產(chǎn)物作為中間產(chǎn)物再使反應(yīng)(3)發(fā)生，這樣也就相當(dāng)于僅有反應(yīng)(7)發(fā)生。從而得到的材料即可保證是YBa2Cu3O6.5+δ單相超導(dǎo)體。根據(jù)上述設(shè)想，采用適當(dāng)?shù)姆椒?，即形成了本項發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)超導(dǎo)材料的完整工藝過程，這就是如附圖二所示的工藝流程。
由附圖二所示的工藝流程可見本項發(fā)明所形成的制取釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料的方法同目前通常采用的高溫直接合成法等的共同之處在于都要經(jīng)過原料處理、成型、燒結(jié)及對粗樣品進(jìn)行熱處理等工序，而特征之處在于采用兩步定向反應(yīng)合成。即首先進(jìn)行第一步，單獨(dú)分別合成兩個二元化合物;其次進(jìn)行第二步對兩個二元化合物進(jìn)行高溫定向反應(yīng)合成單相超導(dǎo)體?，F(xiàn)詳述如下第一步，以Y2O3與CuO為原料，Y2O3與CuO按摩爾數(shù)之比為1∶2的比例混合研磨、壓制成型，然后燒結(jié)，使之前述反應(yīng)(1)充分進(jìn)行即
制得Y2Cu2O5，同時再以BaCO3和CuO為原料，BaCO3與CuO按摩爾數(shù)之比1∶1的比例混合研磨，壓制成型后進(jìn)行燒結(jié)，使之下列反應(yīng)充分進(jìn)行。制得BaCuO2。
第二步，以單獨(dú)進(jìn)行合成制得的Y2Cu2O5和BaCuO2為原料，Y2Cu2O5與BaCuO5按摩爾數(shù)之比為1∶4的比例混合研磨，壓制成型后燒結(jié)。使得前述的化學(xué)反應(yīng)(3)即
△G°3＝△G°1+△G°2＜0充分進(jìn)行反應(yīng)，制得單相YBa2Cu3O6.5+δ，對已制的YBa2Cu3O6.5+δ材料進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，進(jìn)一步提高其性能，制得精樣品。本方法中有關(guān)燒結(jié)溫度和時間等參數(shù)與常規(guī)燒結(jié)基本相同，具體工藝參數(shù)可參照實(shí)施例。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的制取單相YBa2Cu3O6.5+δ超導(dǎo)材料的方法，其優(yōu)點(diǎn)是前述固相反應(yīng)(1)，(2)，(3)，都是兩個固相組分反應(yīng)生成第三個固體化合物，而且每個反應(yīng)都只有一種可能性，即分別生成Y2Cu2O5，BaCuO2及YBa2Cu3O6.5+δ。這樣就避免了我們不希望出現(xiàn)的Y2O3與BaO之間的二元化合物及絕緣體Y2BaCuO5的生成。其次，每次都只是混合兩種不同物質(zhì)，容易混勻，而且由Y2Cu2O5與BaCuO2制備YBa2Cu3O6.5+δ時，物料又有一次混合的機(jī)會，這是很有利的。
實(shí)施例一、欲合成20g單相YBa2Cu3O6.5+δ超導(dǎo)材料1.配料計算反應(yīng)反應(yīng)式中化合物分子量分別為
欲合成20克YBa2Cu3O6.5超導(dǎo)體材料需Y2Cu2O5及BaCuO2的重量分別為WY2Cu2O5＝ 20/1316.48 ×384.92＝5.85(克)WBaCuO2＝ 20/1316.48 ×931.56＝14.15(克)2.原料準(zhǔn)備合成單相YBa2Cu3O6.5超導(dǎo)體材料所用的原料為純Y2O3、BaCO3及CuO。Y2O3要事先進(jìn)行鍛燒處理。鍛燒溫度為900℃，時間20小時。
3.充分磨混使其粒度小于1μm4.磨混后的原料在300～2000kg/cm2壓力下成型制備樣品。
5.燒結(jié)制度(1)Y2Cu2O5的合成將Y2O3與CuO混磨好后成型的樣品，放入剛玉坩堝內(nèi)，置于爐中，逐步升溫至900°～920℃，恒溫20小時后隨爐冷卻。
(2)BaCuO2的合成將混磨好的BaO與CuO成型樣品，放入剛玉坩堝內(nèi)，置于爐中，在600°～650℃預(yù)燒10小時，逐漸升溫至900°～920℃，恒溫20小時后，隨爐冷卻。
(3)YBa2Cu3O6.5的合成將混磨好的Y2Cu2O5與BaCuO2的成型樣品放入剛玉坩堝內(nèi)，置于爐中。經(jīng)下列過程燒結(jié)700°～720℃預(yù)燒10小時→升溫到900°～920℃→恒溫?zé)Y(jié)20～30小時-隨爐冷卻即可得到超導(dǎo)化合物。其性能經(jīng)中科院物理所及遼寧省計量測試所反復(fù)測試，結(jié)果見表1表1 單相YBa2Cu3O6.5超導(dǎo)材料性能測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種制取釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料的方法，該方法中包括原料處理、磨混、燒結(jié)及粗樣品熱處理等工序，其特征是將Y2O3和CuO按摩爾數(shù)之比為1∶2的比例混合研磨，壓制成型后燒結(jié)制得BaCuO2，然后將制得的Y2Cu2O5和BaCuO2按摩爾數(shù)之比為1∶4的比例混合研磨，壓制成型后燒結(jié)。
專利摘要
一種制取釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料的方法。該方法是將用Y
文檔編號H01B12/00GK87105026SQ87105026
公開日1988年3月16日 申請日期1987年6月25日
發(fā)明者冀春霖, 王魁漢, 崔傳孟, 劉素蘭, 張國范, 錢存富, 曾桂義, 樊占國 申請人:東北工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan