專利名稱：純氧氣氛下稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種純氧氣氛下稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的制備方法，具體涉 及一種在latm純氧氣氛下采用熔融織構(gòu)法制備稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的方 法，實現(xiàn)高速生長超導(dǎo)塊體材料。
背景技術(shù)：
熔融織構(gòu)法(MTG)被普遍認為是一種極具潛力的稀土鋇銅氧(REBCO)高 溫超導(dǎo)塊體材料制備方法。這些塊體材料有許多潛在的應(yīng)用，如可用于磁懸浮 力、磁性軸承、飛輪儲能和永磁體等方面。而在應(yīng)用層面對塊材的要求一般為 具有較大的尺寸，較高的臨界電流密度(Jc)。高溫超導(dǎo)塊材的磁懸浮力隨樣品尺 寸增大而增大，所以在目前階段塊材應(yīng)用研究的目標之一即為制備具有較大尺 寸的超導(dǎo)單疇。目前國內(nèi)外研究組均可在空氣氣氛中制備較大尺寸(d<50mm) 塊材，但在氧氣氛下制備超導(dǎo)塊體材料至今無人報道。在空氣氣氛下制備更大 尺寸(d > 50 mm)塊材存在著一些技術(shù)困難空氣氣氛下稀土溶質(zhì)(Y、 Sm、 Gd) 在Ba-Cu-O溶濟中溶解度小，溶解度溫度系數(shù)大(液相線斜率大)，導(dǎo)致生長速度 慢，要得到更大尺寸塊體材料必須要保證足夠長的生長時間。同時，生長過程 中需要溫度緩降來提供生長所需的過飽和度，由于此類材料亞穩(wěn)區(qū)生長區(qū)間小， 大尺寸塊體材料必須采用較慢的降溫速度，否則超出亞穩(wěn)區(qū)范圍會導(dǎo)致自發(fā)形 核的產(chǎn)生，這又進一步限制了塊材的生長速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對空氣氣氛下生長速度過慢的不足，提供一種在純氧 氣氛下稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的制備方法，不僅工藝簡單，可以制備出無污 染、取向性好的大單疇高溫超導(dǎo)塊體材料，更可以提高塊體材料的生長速度， 縮短生長時間，提高效率。
3為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，使用純氧氣氛代替空氣氣氛來生 長稀土鋇銅氧塊體材料。在純氧氣氛下，RE (Y、 Sm、 Gd)在Ba-Cu-O熔體中 的溶解度高于空氣氣氛中的溶解度，并且，溶解度曲線的斜率變小。在純氧氣 氛中降低相同的溫度會獲得比空氣氣氛中更高的過飽和度，進而使生長驅(qū)動力 變大，最終使得塊體材料生長速度明顯變快，生長所需時間變短。實驗結(jié)果表 明，生長速度可以提高大約一倍以上。因此純氧氣氛下生長塊材是一種很好的 實現(xiàn)快速生長大尺寸REBCO超導(dǎo)塊材的方法。
要實現(xiàn)純氧氣氛下快速生長大尺寸稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料，首先要按照 適當比例將RE123和RE211來進行組分配料，煅燒研磨多次后，壓制成前驅(qū)體 片并在其頂部放上籽晶，通過包晶反應(yīng)RE211+L+REBCO獲得REBCO塊體 材料。
本發(fā)明的方法具體步驟如下
1、 按照11￡123+ (20 35) mol%RE211組分配料；
2、 在850—950'C下煅燒24—48小時，然后研磨；該煅燒、研磨過程共重
復(fù)3遍5
3、 將煅燒后研磨好的粉末壓制成前驅(qū)體片，頂部放上籽晶；
4、 將前驅(qū)體片放在氧化鋯珠襯底上，整個體系放入密封系統(tǒng)中；
5、 以50—80nil/min流量通入純氧3—6小時，然后調(diào)小氧氣流量至原來流 量的1/3。
6、 2小時升溫至890—93(TC，保溫l一2小時；繼續(xù)加熱，2小時升溫至 包晶溫度以上30±5 。C ，保溫1 一 3小時；
7、 在15分鐘內(nèi)將溫度降低至包晶反應(yīng)溫度以下5 — 1(TC，然后以每小時 0.3 — rC的速率降溫至包晶反應(yīng)溫度以下20—40'C，最后隨爐冷卻制得超導(dǎo)塊 體材料。
本發(fā)明釆用純氧氣氛來代替空氣氣氛，以實現(xiàn)高速生長REBCO超導(dǎo)塊體 材料。其優(yōu)點是(1)純氧氣氛下，稀土元素(Y、 Sm、 Gd)在Ba-Cu-0熔體中的溶解度增加，相比空氣氣氛可得到更高的過飽和度，進而增加生長速度。(2) 此方法無其他雜質(zhì)摻雜不會影響塊體材料超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc。
本發(fā)明工藝簡單，容易操作，能夠在無雜質(zhì)且晶格完全匹配的情況下高速 生長取向性好并具有大單疇結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)REBCO塊體材料，可以解決高溫超 導(dǎo)體塊材生長的關(guān)鍵問題。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。以下實施例不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。
實施例1:純氧氣氛下生長YBCO超導(dǎo)塊材
1、 按照Y123+30mol%Y211組分配料；
2、 在850'C左右煅燒48小時，然后研磨；為達到Y(jié)211的顆粒較小及分布 均勻，再次煅燒、研磨，相同工藝共重復(fù)三次；
3、 將煅燒后研磨好的粉末壓制成(p20xl0mm圓形前驅(qū)體片，頂部放置一個 尺寸為2x2xlmm3的SmBCO作為籽晶；
4、 將步驟3中壓好的前驅(qū)體片放在氧化鋯珠襯底上，整個體系放入密封系
統(tǒng)中；
5、 以60ml/min的速率通入純氧4小時后調(diào)小氧氣流量至原來流量的1/3。
6、 2小時升溫至900。C，保溫2小時；繼續(xù)加熱，2小時升溫至1050°C， 保溫2個小時；
7、 在15分鐘內(nèi)將溫度降低至1015°C，然后以每小時0.3X:的速率降溫14 小時，最后隨爐冷卻制得超導(dǎo)YBCO塊體材料。
實施例2:純氧氣氛下生長SmBCO超導(dǎo)塊材
1、 按照Sml23 + 30mol。/。Sm211組分配料；
2、 在95(TC左右煅燒24小時，然后研磨；為使Sm211的顆粒較小及分布 均勻，再次煅燒、研磨，相同工藝共重復(fù)三次；3、 將煅燒后研磨好的粉末壓制成cp20xl0mm圓形前驅(qū)體片，頂部放置一個 SmBCO過熱薄膜作為籽晶；
4、 將步驟3中壓好的前驅(qū)體片放在氧化鋯珠襯底上，整個體系放入密封系
統(tǒng)中；
5、 以50ml/min的速率通入純氧6小時后調(diào)小氧氣流量至原來流量的1/3。
6、 2小時升溫至卯0。C，保溫2小時；繼續(xù)加熱，2小時升溫至U10。C， 保溫2個小時；
7、 在15分鐘內(nèi)將溫度降低至1085°C，然后以每小時0.3'C的速率降溫14 小時，最后隨爐冷卻制得超導(dǎo)SmBCO塊體材料。
實施例3:純氧氣氛下生長GdBCO超導(dǎo)塊材
1、 按照Gdl23+30mol。/。Gd211組分配料；
2、 在卯(TC左右煅燒36小時，然后研磨；為達到Gd211的顆粒較小及分 布均勻，再次煅燒、研磨，相同工藝共重復(fù)三次；
3、 將煅燒后研磨好的粉末壓制成(p20xl0mm圓形前驅(qū)體片，頂部放置一個 尺寸為2x2xlmm3的SmBCO作為籽晶；
4、 將步驟3中壓好的前驅(qū)體片放在氧化鋯珠襯底上，整個體系放入密封系
統(tǒng)中；
5、 以80ml/min的速率通入純氧3小時后調(diào)小氧氣流量至原來流量的1/3。
6、 2小時升溫至卯0。C，保溫2小時；繼續(xù)加熱，2小時升溫至1050°C， 保溫2個小時；
7、 在15分鐘內(nèi)將溫度降低至1042°C，然后以每小時0.3'C的速率降溫14 小時，最后隨爐冷卻制得超導(dǎo)GdBCO塊體材料。
權(quán)利要求
1、一種純氧氣氛下稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)按照RE123+(20～35)mol％RE211組分配料；2)在850一950℃下煅燒24—48小時，研磨；該煅燒、研磨過程共重復(fù)3遍；3)將煅燒后研磨好的粉末壓制成前驅(qū)體片，頂部放上籽晶；4)將前驅(qū)體片放在氧化鋯珠襯底上，整個體系放入密封系統(tǒng)中；5)以50—80ml/min流量通入純氧3—6小時，然后調(diào)小氧氣流量至原來流量的1/3；6)2小時升溫至890—930℃，保溫1—2小時；繼續(xù)加熱，2小時升溫至包晶溫度以上30±5℃，保溫1—3小時；7)在15分鐘內(nèi)將溫度降低至包晶反應(yīng)溫度以下5—10℃，然后以每小時0.3—1℃的速率降溫至包晶反應(yīng)溫度以下20—40℃，最后隨爐冷卻制得超導(dǎo)塊體材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純氧氣氛下稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的制備方法，采用純氧氣氛使得RE(Y、Sm、Gd)在Ba-Cu-O熔體中的溶解度增大，通過溫度緩降來提供更大的過飽和度，增加生長驅(qū)動力，進而加快塊體材料的生長速度。按照RE123和適量RE211來進行組分配料，研磨煅燒多次后，壓制成前驅(qū)體片并在其頂部放上籽晶，通過熔融織構(gòu)方法制備高溫超導(dǎo)REBCO塊體材料。本發(fā)明工藝簡單，提高了塊材的生產(chǎn)效率，能夠在無雜質(zhì)且晶格完全匹配的情況下高速生長出高取向性的具有大單疇結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)REBCO塊體材料。
文檔編號C30B29/10GK101503822SQ20091004610
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者忻 姚, 顏士斌 申請人:上海交通大學(xué)