專利名稱：以YbBCO為釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)塊材制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及以YbBCO為釬料釬焊法制備 大尺寸釔系塊材的方法。
背景技術(shù)：
釔鋇銅氧YBCO (YBaCuO)超導(dǎo)塊材是一種通過(guò)包晶反應(yīng)生成c軸擇優(yōu)取 向晶體結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷材料，是一種具有強(qiáng)磁通釘扎和高臨界電流密度的高溫 超導(dǎo)體。通常采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備，由于受晶體生長(zhǎng)的特點(diǎn)(非常 慢，每小時(shí)只生長(zhǎng)毫米量級(jí)甚至更少)的限制，在生產(chǎn)大尺寸及復(fù)雜形狀YBCO 塊材時(shí)，遇到了很大的困難。因此，急需一種高效的連接技術(shù)增加單疇YBCO塊 材的尺寸或得到結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的YBCO器件。本發(fā)明采用釬焊連接的方法實(shí)現(xiàn)上 述目標(biāo)，而超導(dǎo)釬料的成分及制備方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供以YbBCO為釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的方法。 以YbBCO為釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的方法，其特征在于，采用頂
部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用釬焊連接工藝對(duì)
YBCO塊材進(jìn)行焊接，該方法步驟如下， (l)制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料
① 采用化學(xué)合成的方法分別制備Yb-123相和Yb-211相；
② 按照重量比Yb-123相54 94.9%、 Yb-211相5 45%、 BaCe03、 Pt02、 Ce02或Pt中的一種或幾種0.1 1%，稱取料粉，在混料機(jī)中均勻混合；③ 在常溫下，把混合均勻的釬料壓制成直徑為10 40mm、厚度5 30mm 的釬料塊，壓力為5 40MPa;
④ 采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用單 晶SmBCO作為籽晶，把籽晶和釬料塊一同放入燒結(jié)爐中，籽晶放置在釬料塊的 上面，保證其ab面與釬料塊的表面平行，釬料塊放置在氧化鋁墊片上，在釬料 塊和氧化鋁墊片之間用MgO單晶片作為隔離層，頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備 工藝過(guò)程首先以100 400°C/h的速率升溫到930 950°C，保溫10 60分鐘， 然后以50 100'C/h的速率降溫到915 935°C，接著以0.1 1.5°C/h的速率降溫 到900 905'C，最后以100 400°C/h的速率降溫到室溫，得到具有織構(gòu)特征的 YbBCO釬料塊；
(2) 從具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料塊上沿a-c或b-c面切割厚度為0.1 2mm 的片作為釬料；
(3) 采用配重加壓和精密加壓卡具配合進(jìn)行裝配，按照c軸織構(gòu)方向相同的原 則，精確裝配兩塊或者兩塊以上的YBCO塊材，采用YbBCO釬料，采用釬焊連 接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn)行焊接，釬焊溫度為920 98(TC，釬焊保溫時(shí)間為10 180分鐘，釬焊氣氛為大氣或者壓力為5 30MPa的流動(dòng)的氧氣環(huán)境；
(4) 對(duì)釬焊接頭進(jìn)行后氧化處理，恢復(fù)YBCO釬焊試樣的超導(dǎo)性能，氧處理溫 度為430 480°C，在流動(dòng)氧氣中氧處理50 100h或在壓力為5 30MPa的氧氣 環(huán)境中氧處理10 60h，得到釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。
所述Yb-123相為YbBa2Cu3Ox。 所述Yb-211相為Yb2BaCu05。
本發(fā)明的有益效果為
采用釬焊方法制備傳統(tǒng)的方法不能制備的大尺寸和復(fù)雜形狀的YBCO超導(dǎo)塊材，具有與頂部籽晶熔融織構(gòu)方法制備的單疇塊材相似的超導(dǎo)性能。此發(fā)明能 制備超導(dǎo)磁懸浮列車、醫(yī)療、軍事等方面所需要的且目前通過(guò)其他方法不能獲得
的大尺寸和復(fù)雜形狀的YBCO超導(dǎo)器件。本發(fā)明制備的YBCO高溫超導(dǎo)塊材的
超導(dǎo)性能可以達(dá)到原始?jí)K材的70%以上。


圖1是YBCO塊材釬焊裝配示意圖。
具體實(shí)施例方式
利用化學(xué)合成法制備Yb-123相和Yb-211相，按照一定的比例混合并添加一 些微量元素，采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法的方法制備具有與原始母材具有相同 晶體結(jié)構(gòu)、相似超導(dǎo)性能、密度與釬料近似相等的釬料，利用釬焊方法實(shí)現(xiàn)小尺 寸高性能單疇YBCO塊材的連接，制備釬縫組織均勻、織構(gòu)方向與母材(塊材) 一致的接頭，對(duì)釬焊接頭進(jìn)行后氧化熱處理以達(dá)到超導(dǎo)相的氧充分恢復(fù)(結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 變)，恢復(fù)接頭的超導(dǎo)性能，最終獲得大尺寸、高性能的YBCO超導(dǎo)塊材。下面 結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例1
使用添加具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的方法， 采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備添加具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用釬焊 連接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn)行焊接，該方法步驟如下
(l)制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料
①采用化學(xué)合成的方法分別制備Yb-123相和Yb-211相，Yb-123相為 YbBa2Cu3Ox，合成方法為Yb203、 BaC03、 CuO按名義配比混合均勻，然后880°C 燒結(jié)48小時(shí)后，再次混合，再在880。C燒結(jié)48小時(shí)；Yb-211相為Yb2BaCu05， 合成方法為Yb203、 BaC03、 CuO按名義配比混合均勻，然后90(TC燒結(jié)48小時(shí)后，再次混合，再在90(TC燒結(jié)48小時(shí)；
② 按照重量比Yb-123: 6 9.75%、 Yb-211: 30%、 BaCe03: 0.25%，稱取料 粉，在混料機(jī)中均勻混合；
③ 在常溫下，把混合均勻的釬料壓制成直徑為10mm、厚度20mm釬料塊， 壓力為12MPa;
④ 采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用單 晶SmBCO作為籽晶(籽晶制備方法為，Sm-123與Sm-211按照摩爾比3: l混 合均勻，單軸模壓成型，3小時(shí)升溫至IIO(TC，謬溫1小時(shí)，以200°C/h的速率 降溫至1060'C,以0.5。C/h的速率降溫至101(rC，爐冷至室溫，然后機(jī)械解理成 c軸取向的2x2mm至4x4mm的小塊作為籽晶)，把籽晶和釬料塊一同放入燒結(jié) 爐中(燒結(jié)爐為六面獨(dú)立控溫的高精度加熱爐)中，籽晶放置在釬料塊的上面， 保證其ab面與釬料塊的表面平行，釬料塊放置在氧化鋁墊片上，在釬料塊和氧 化鋁墊片之間用MgO單晶片作為隔離層，頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備工藝過(guò) 程首先以30(TC/h的速率升溫到930'C，保溫30分鐘，然后以100°C/h的速率 降溫到927。C，接著以0.3。C/h的速率降溫到900。C，最后以200°C/h的速率降溫 到室溫，得到添加具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料；
(2) 從YbBCO超導(dǎo)釬料塊上沿a-c面方向切割厚度為lmm的片作為釬料；
(3) 采用配重加壓和精密加壓卡具配合進(jìn)行裝配，按照c軸織構(gòu)方向相同的原 則。裝配兩塊YBCO塊材(YBCO塊材采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備)，采 用上述制備的具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用釬焊連接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn) 行焊接，圖l是YBCO塊材釬焊裝配示意圖，釬焊溫度為925-C，釬焊保溫時(shí)間 為120分鐘，釬焊氣氛為大氣氣氛；
(4) 對(duì)釬焊接頭進(jìn)行后氧化處理，恢復(fù)YBCO釬焊試樣的超導(dǎo)性能，氧處理溫度為460'C，在流動(dòng)氧氣中氧處理50h，得到釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。
本實(shí)施例制備的添加具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，其熔點(diǎn)與常規(guī)制備的 YBCO母材相比降低了約60 1 l(TC ，故在釬料熔點(diǎn)與YBCO母材熔點(diǎn)之間是釬 焊的工藝窗口，而實(shí)驗(yàn)證明采用此種釬料制備的超導(dǎo)塊材具有與熔融織構(gòu)法相近 的超導(dǎo)性能。而且可以實(shí)現(xiàn)n (1122)塊試樣同時(shí)連接起來(lái)，這樣就可以制備尺寸 很大YBCO塊材，同時(shí)不明顯降低塊材的超導(dǎo)特性。
本實(shí)施例制備的YBCO高溫超導(dǎo)塊材的超導(dǎo)性能可以達(dá)到原始?jí)K材的72% 以上。
實(shí)施例2
使用添加具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的方法， 采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備添加具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用釬焊 連接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn)行焊接，該方法步驟如下
(l)制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料
① 采用化學(xué)合成的方法分別制備Yb-123相和Yb-211相，Yb-123相為 YbBa2Cu3Ox，合成方法為Yb203、 BaC03、 CuO按名義配比混合均勻，然后880°C 燒結(jié)48小時(shí)后，再次混合，再在88(TC燒結(jié)48小時(shí)；Yb-211相為Yb2BaCu05， 合成方法為Yb203、 BaC03、 CuO按名義配比混合均勻，然后90(TC燒結(jié)48小時(shí) 后，再次混合，再在90(TC燒結(jié)48小時(shí)；
② 按照重量比Yb-123: 84.75%、 Yb-211: 15%、 BaCe03: 0.25%，稱取料粉， 在混料機(jī)中均勻混合；
③ 在常溫下，把混合均勻的釬料壓制成直徑為10mm、厚度20mm釬料塊， 壓力為13MPa;
④ 采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用單晶SmBCO作為籽晶(籽晶制備方法為，Sm-l23與Sm-211按照摩爾比3: l混 合均勻，單軸模壓成型，3小時(shí)升溫至IIO(TC，保溫1小時(shí)，以200°C/h的速率 降溫至106(TC，以0.5'C/h的速率降溫至IOIO"C，爐冷至室溫，然后機(jī)械解理成 c軸取向的2x2mm至4x4mm的小塊作為籽晶)，把籽晶和釬料塊一同放入燒結(jié) 爐中(燒結(jié)爐為六面獨(dú)立控溫的高精度加熱爐)中，籽晶放置在釬料塊的上面， 保證其ab面與釬料塊的表面平行，釬料塊放置在氧化鋁墊片上，在釬料塊和氧 化鋁墊片之間用MgO單晶片作為隔離層，頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備工藝過(guò) 程首先以32(TC/h的速率升溫到950'C，保溫40分鐘，然后以100°C/h的速率 降溫到935-C，接著以0.4。C/h的速率降溫到902'C，最后以220°C/h的速率降溫 到室溫，得到具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料塊；
(2) 從YbBCO超導(dǎo)釬料塊上沿a-c面方向切割厚度為0.8mm的片作為釬料；
(3) 采用配重加壓和精密加壓卡具配合進(jìn)行裝配，按照c軸織構(gòu)方向相同的原 則，裝配兩塊YBCO塊材(YBCO塊材采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備)，采 用上述制備的具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用釬焊連接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn) 行焊接，圖l是YBCO塊材釬焊裝配示意圖，釬焊溫度為945'C，釬焊保溫時(shí)間 為170分鐘，釬焊氣氛為大氣氣氛；
(4) 對(duì)釬焊接頭進(jìn)行后氧化處理，恢復(fù)YBCO釬焊試樣的超導(dǎo)性能，氧處理溫 度為440'C，在流動(dòng)氧氣中氧處理48h，得到釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。
本實(shí)施例制備的添加具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，其熔點(diǎn)與常規(guī)制備的 YBCO母材相比降低了約60 110°C，本實(shí)施例制備的YBCO高溫超導(dǎo)塊材的超 導(dǎo)性能可以達(dá)到原始?jí)K材的74%以上。
權(quán)利要求
1、以YbBCO為釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的方法，其特征在于，采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用釬焊連接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn)行焊接，該方法步驟如下，(1)制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料①采用化學(xué)合成的方法分別制備Yb-123相和Yb-211相；②按照重量比Yb-123相54～94.9％、Yb-211相5～45％、BaCeO3、PtO2、CeO2或Pt中的一種或幾種0.1～1％，稱取料粉，在混料機(jī)中均勻混合；③在常溫下，把混合均勻的釬料壓制成直徑為10～40mm、厚度5～30mm的釬料塊，壓力為5～40MPa；④采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料，采用單晶SmBCO作為籽晶，把籽晶和釬料塊一同放入燒結(jié)爐中，籽晶放置在釬料塊的上面，保證其ab面與釬料塊的表面平行，釬料塊放置在氧化鋁墊片上，在釬料塊和氧化鋁墊片之間用MgO單晶片作為隔離層，頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備工藝過(guò)程首先以100～400℃/h的速率升溫到930～950℃，保溫10～60分鐘，然后以50～100℃/h的速率降溫到915～935℃，接著以0.1～1.5℃/h的速率降溫到900～905℃，最后以100～400℃/h的速率降溫到室溫，得到具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料塊；(2)從具有織構(gòu)特征的YbBCO釬料塊上沿a-c或b-c面切割厚度為0.1～2mm的片作為釬料；(3)采用配重加壓和精密加壓卡具配合進(jìn)行裝配，按照c軸織構(gòu)方向相同的原則，精確裝配兩塊或者兩塊以上的YBCO塊材，采用YbBCO釬料，采用釬焊連接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn)行焊接，釬焊溫度為920～980℃，釬焊保溫時(shí)間為10～180分鐘，釬焊氣氛為大氣或者壓力為5～30MPa的流動(dòng)的氧氣環(huán)境；(4)對(duì)釬焊接頭進(jìn)行后氧化處理，恢復(fù)YBCO釬焊試樣的超導(dǎo)性能，氧處理溫度為430～480℃，在流動(dòng)氧氣中氧處理50～100h或在壓力為5～30MPa的氧氣環(huán)境中氧處理10～60h，得到釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以YbBCO為釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的 方法，其特征在于，所述Yb-123相為YbBa2Cu3Ox。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以YbBCO為釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的 方法，其特征在于，所述Yb-211相為Yb2BaCu05。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于超導(dǎo)塊材制備技術(shù)領(lǐng)域的以YbBCO為釬料釬焊法制備大尺寸釔系塊材的方法。采用頂部籽晶熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法制備添加YbBCO釬料，采用釬焊連接工藝對(duì)YBCO塊材進(jìn)行焊接，對(duì)釬焊接頭進(jìn)行后氧化處理，恢復(fù)YBCO及其接頭區(qū)域的超導(dǎo)性能，得到大尺寸釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材。采用此方法能夠制備傳統(tǒng)的方法不能制備的大尺寸和復(fù)雜形狀的YBCO超導(dǎo)塊材，具有與頂部籽晶熔融織構(gòu)方法制備的單疇塊材相似的超導(dǎo)性能。本發(fā)明制備的YBCO高溫超導(dǎo)塊材的超導(dǎo)性能可以達(dá)到原始?jí)K材的70％以上。
文檔編號(hào)C30B33/06GK101498054SQ20091007786
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者任家烈, 何佳閏, 吳愛(ài)萍, 焦玉磊, 玲 肖, 鄒貴生, 鄭明輝, 偉 郭 申請(qǐng)人:清華大學(xué);北京有色金屬研究總院