單疇釓鋇銅氧超導塊材的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種單疇釓鋇銅氧超導塊材的制備方法，其采用頂部籽晶熔滲生長法，通過改變固相塊和液相塊所用的源粉成份，使得整個熔滲生長過程僅需制備BaCuO2一種粉，大大簡化了制備先驅粉的環節、縮短了制備周期、降低了工藝成本、提高了效率，而且重復性好、易于定向生長，所制備樣品的磁懸浮力大、臨界電流密度高，本發明專利技術還采用了液相塊的比固相塊的直徑相等或稍大的裝配方法，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。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高溫銅氧化物超導材料的研究
，具體涉及到一種用頂部籽晶熔滲生長方法制備單疇釓鋇銅氧超導塊材的方法。
技術介紹
單疇銅氧化物高溫超導塊材(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，并且在強磁場下具有較強的磁通釘扎能力。這一優勢為該類材料在磁懸浮技術方面的應用奠定了基礎，特別是在超導磁懸浮軸承、儲能飛輪以及超導電機和發電機等研制方面具有良好的應用前景。在制備單疇銅氧化物超導塊材的過程中，應用較多的工藝主要有兩種，一種是傳統的頂部籽晶熔融織構生長工藝，另一種是最近幾年發展起來的頂部籽晶熔滲生長工藝。 頂部籽晶熔滲生長工藝可以有效地解決傳統熔融織構生長工藝中存在的如樣品的收縮、變形、內部存在大量氣孔和宏觀裂紋、液相流失嚴重、Gd2BaCuO5粒子的局部偏析等等問題。但是在熔滲生長工藝中，要用到三個等直徑的先驅坯塊，包括Gd2BaCuO5先驅塊、液相塊和支撐塊，Gd2BaCuO5先驅塊由相純度高、粒度小的Gd2BaCuO5先驅粉壓制而成，液相塊由等摩爾比的GdBa2Cu307_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Gd2O3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Gd2BaCuO5先驅塊放到液相塊上面。在熱處理過程中，液相塊中的富Ba、Cu液相熔化，在毛細吸引力的作用下滲透到上面的Gd2BaCuO5先驅塊中，在隨后的慢降溫過程中，此液相與先驅塊的Gd2BaCuO5相反應，生成GdBa2Cu3CVx相，并且在籽晶的誘導下完成GdBa2Cu3CVx晶粒的有序生長。在熱處理過程中支撐塊也會吸收一部分液相，生成大部分的Gd2BaCuO5相和少量的GdBa2Cu3CVx相。由于大量Gd2BaCuO5固態粒子的存在，支撐塊可以在高溫下支撐上面的兩個先驅塊，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。由上可以看出，頂部籽晶熔滲生長法是一種比傳統方法更復雜和費時的制備方法。這種制備方法要用到三種先驅粉(Gd2BaCuO5, GdBa2Cu3O7^x, BaCuO2) 每種先驅粉均由傳統的固態反應法制得，即通過反復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)的先驅粉，每種粉的制備均需一周左右，這樣就使得熔滲生長法的制備周期長，同時增加了實驗的耗資。
技術實現思路
為了克服現有技術中制備單疇釓鋇銅氧超導塊材時需要制備多種先驅粉，耗時長的問題，本專利技術提供了一種只需要一種先驅粉就能夠完成磁懸浮力大、臨界電流密度高的單疇釓鋇銅氧超導塊材且易于定向生長、成本低的單疇釓鋇銅氧超導塊材制備方法。解決上述技術問題所采用的技術方案由下述步驟組成(I)配制 BaCuO2 粉取BaCO3與CuO粉按摩爾比為I : I混合，用固態反應法制成BaCuO2粉；(2)制備固相先驅粉和液相源粉取Gd2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :1 I. 5的比例混合均勻，作為固相先驅粉，取Y2O3粉與BaCuO2粉、CuO粉按摩爾比為I : 10 :6混合均勻，作為液相源粉；(3)壓制固相先驅塊和液相塊取固相先驅粉和液相源體分別壓制成固相先驅塊和液相塊，固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 49 1.78 ;(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BaCO3、CuO粉混合，Nd2O3與BaCO3、CuO粉的摩爾比為I :1 :1，用固態反應法制成Nd2BaCuO5粉，取Gd2O3與BaC03、CuO粉混合，Nd2O3與BaC03、CuO粉的摩爾比為I :4 :6，用固態反應法制成NdBa2Cu307_y粉，將Nd2BaCuO5粉與NdBa2Cu307_y粉按照質量比為I :3混合均勻，作為先驅塊，用頂部籽晶熔融織構方法燒結，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧桿晶塊；上式中(6)坯體裝配在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置MgO單晶片、支撐塊、液相塊、固相先驅塊、釹鋇銅氧籽晶塊，形成坯體；(7)熔滲生長單疇釓鋇銅氧塊材將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時80 120°C的升溫速率升溫至920°C，保溫20小時，以每小時40 60°C的升溫速率升溫至1065 1070°C，保溫4 5小時，以每小時60°C的降溫速率降溫至1048 1045°C，以每小時O. I O. 5°C的降溫速率慢冷至1025 1020°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釓鋇銅氧塊材；(8)滲氧處理將單疇釓鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450 350°C的溫區中慢冷200小時，得到單疇釓鋇銅氧超導塊材。上述步驟(2)中，取Gd2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為I :1· I I. 4的比例混合均勻，作為固相先驅粉，取Y2O3粉與BaCuO2粉、CuO粉按摩爾比為I :10 :6混合均勻，作為液相源粉。上述步驟(3)中，取固相先驅粉和液相源粉分別壓制成固相先驅塊和液相塊，固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 54 I. 72。上述步驟(3)中，所述液相塊的尺寸不小于固相塊的尺寸，且形狀相同。本專利技術的，是采用頂部籽晶熔滲生長法，通過改變固相塊和液相塊所用的源粉成份，使得整個熔滲生長過程僅需制備BaCuO2 —種粉，大大簡化了制備先驅粉的環節、縮短了制備周期、降低了工藝成本、提高了效率，而且重復性好、易于定向生長，所制備樣品的磁懸浮力大、臨界電流密度高，本專利技術還采用了液相塊的比固相塊的直徑相等或稍大的裝配方法，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。附圖說明圖I為不同比例的固相先驅粉與液相源粉所制備的單疇釓鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力對比曲線圖。圖2為固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 49時所制備的單疇釓鋇銅氧超導塊材的表面形貌照片。圖3為固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 54時所制備的單疇釓鋇銅氧超導塊材的表面形貌照片。圖4為固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 60時所制備的單疇釓鋇銅氧超導塊材的表面形貌照片。圖5為固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 65時制備的單疇釓鋇銅氧超導塊 材的表面形貌照片。圖6為固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 72時制備的單疇釓鋇銅氧超導塊材的表面形貌照片。圖7為固相先驅粉與液相源粉的質量比為I :1. 78時制備的單疇釓鋇銅氧超導塊材的表面形貌照片。具體實施例方式現結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細說明，但是本專利技術不僅限于下述的幾種實施方式。實施例I以Gd2O3初始粉與BaCO3XuO粉為固相先驅粉原料為例，制備單疇釓鋇銅氧超導塊材的方法有以下步驟(I)配制 BaCuO2 粉取142. 5397g BaCO3與57. 4603g CuO粉按摩爾比為I :1混合，用固態反應法制成BaCuO2 粉。(2)制備固相先驅粉和液相源粉取54. 4920gGd203初始粉與45. 5080gBaCu02粉按摩爾比為I :I. 2的比例混合均勻，作為固相先驅粉，取11. 1721g Y2O3粉與115. 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種單疇釓鋇銅氧超導塊材的制備方法，由以下步驟組成：（1）配制BaCuO2粉取BaCO3與CuO粉按摩爾比為1：1混合，用固態反應法制成BaCuO2粉；（2）制備固相先驅粉和液相源粉取Gd2O3初始粉與BaCuO2粉按摩爾比為1：1～1.5的比例混合均勻，作為固相先驅粉，取Y2O3粉與BaCuO2粉、CuO粉按摩爾比為1：10：6混合均勻，作為液相源粉；（3）壓制固相先驅塊和液相塊取固相先驅粉和液相源體分別壓制成固相先驅塊和液相塊，固相先驅粉與液相源粉的質量比為1：1.49～1.78；（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BaCO3、CuO粉混合，Nd2O3與BaCO3、CuO粉的摩爾比為1：1：1，用固態反應法制成Nd2BaCuO5粉，取Gd2O3與BaCO3、CuO粉混合，Nd2O3與BaCO3、CuO粉的摩爾比為1：4：6，用固態反應法制成NdBa2Cu3O7?y粉，將Nd2BaCuO5粉與NdBa2Cu3O7?y粉按照質量比為1：3混合均勻，作為先驅塊，用頂部籽晶熔融織構方法燒結，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊；上式中0≤y≤1；（6）坯體裝配在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置MgO單晶片、支撐塊、液相塊、固相先驅塊、釹鋇銅氧籽晶塊，形成坯體；（7）熔滲生長單疇釓鋇銅氧塊材將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時80～120℃的升溫速率升溫至920℃，保溫20小時，以每小時40～60℃的升溫速率升溫至1065～1070℃，保溫4～5小時，以每小時60℃的降溫速率降溫至1048～1045℃，以每小時0.1～0.5℃的降溫速率慢冷至1025～1020℃，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釓鋇銅氧塊材；（8）滲氧處理將單疇釓鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450～350℃的溫區中慢冷200小時，得到單疇釓鋇銅氧超導塊材。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊萬民，王明梓，王孝江，
申請(專利權)人：陜西師范大學，
類型：發明
國別省市：