钇钡铜氧单畴超导块的多籽晶制备方法技术

一种钇钡铜氧单畴超导块的多籽晶制备方法，该方法包括下述步骤：（１）采用Ｙ↓［１．８］Ｂａ↓［２．４］Ｃｕ↓［３．４］Ｏ↓［ｙ］的粉末制备预成型块；（２）通过熔融织构和顶部籽晶的方法生长ｃ轴取向的单畴结构ＳｍＢａＣｕＯ块，并定向切割即得到ＳｍＢａＣｕＯ籽晶，使籽晶的ａ、ｂ轴沿正方形薄片的两条边，ｃ轴沿薄片的厚度方向；（３）将若干个ＳｍＢａＣｕＯ籽晶以ａ、ｂ轴组成的面且等间距放置在预成型块的顶表面上，置入加热炉中，快速升温至１０４０℃～１０４５℃，保温１～２ｈ后快速降温至１０１２℃～１０１７℃，然后以每小时０．１～１℃的速率降温至９７５～９８５℃，随后炉冷至室温，即制成钇钡铜氧单畴超导块。还可以采用（Ｙ↓［１－ｘ］Ｇｄ↓［ｘ］）↓［１．８］Ｂａ↓［２．４］Ｃｕ↓［３．４］Ｏ↓［ｙ］的粉末制备过渡层。本发明专利技术的方法，可以在较短的时间内生长出具有较大尺寸的ＹＢａＣｕＯ单畴超导块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
顶部籽晶技术与熔融织构生长工艺的结合已经被证明是制备单一晶体取向的类单晶(单畴)超导体的成功方法。在顶部籽晶技术中，一个籽晶被放置在预成型YBaCuO块的顶表面中心，作为唯一的成核中心，诱导YBaCuO块按籽晶的晶体取向定向凝固生长，形成单一c轴取向的超导块。这种超导块也被称作单畴超导块。由于YBaCuO晶体的生长速度很慢(生长3cm直径的单畴超导块通常需要大约100个小时，大于5cm直径的单畴超导块则需要数百小时的时间)，使大尺寸单畴超导快的制备受到限制。同时，在长时间的定向凝固过程中任何微小的扰动都可能引起非籽晶的自发成核生长，导致超导块形成多畴结构。另外，长时间的高温处理也造成超导块性能的不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单畴YBaCuO超导块的多籽晶制备方法，可以在较短的时间内生长出具有较大尺寸的YBaCuO单畴超导块。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种，其特征在于该方法包括下述步骤(1)、采用Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy的粉末制备预成型块；(2)、通过熔融织构和顶部籽晶的方法生长c轴取向的单畴结构SmBaCuO块，经定向切割得到SmBaCuO籽晶，使籽晶的a、b轴沿正方形薄片的两条边，c轴沿薄片的厚度方向；(3)、将若干个SmBaCuO籽晶以ab面垂直于预成型块的顶表面的方式等间距的放置其上，置入加热炉中，快速升温至1040℃～1045℃，保温1～2h后快速降温至1012℃～1017℃，然后以每小时0.1～1℃的速率降温至975～985℃，随后炉冷至室温，即制成钇钡铜氧单畴超导块。在所述的步骤(1)中，在Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy的粉末中加有0.1-0.5wt％的Pt粉。在所述的步骤(1)中，还采用(Y1-xGdx)1.8Ba2.4Cu3.4Oy的粉末制备多层结构的预成型块，其中，先将Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy的粉末装入模具中，再将(Y1-xGdx)1.8Ba2.4Cu3.4Oy的粉末装入模具中，通过单轴压的方式，压制成多层结构的预成型块，最下层为Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy的粉末形成的主层，上层为(Y1-xGdx)1.8Ba2.4Cu3.4Oy的粉末形成的过渡层，在式中的x的范围为0＜x≤1。在所述的步骤(1)中，(Y1-xGdx)1.8Ba2.4Gu3.4Oy的粉末中加有0.1-0.5wt％的Pt粉。在所述的步骤(1)中，所述的过渡层为多层，过渡层按x的取值逐渐减小由上向下排列。通过差热分析仪测量出YBaCuO的包晶分解温度TP为1010℃，GdBaCuO的TP为1041℃，YGdBaCuO混合物的TP随x的增加单调上升，通过使用不同比例的GdBaCuO和YBaCuO粉末，得到自上而下包晶分解温度连续下降的预成型块，这样，利用YBaCuO和GdBaCuO的混合物在预成型块中建立成分梯度的方法生长YBCO超导块，可以改善多籽晶样品中的晶间耦合。在所述的步骤(3)中，所述的每个籽晶的a轴和b轴方向如果是无规则排列(图5a)，所得到的样品的结晶形貌是由多个单畴区组成，晶界处杂相聚集，导致非超导连接或超导弱连接，因此，每个籽晶的a轴和b轴方向优选是有规则排列，有规则排列可以有下述两种方式在所述的步骤(3)中，所述的每个籽晶的a轴和b轴分别方向一致，且与两个邻近籽晶的中心连线平行或垂直(图5b)。在所述的步骤(3)中，所述的每个籽晶的a轴和b轴分别方向一致，且与两个邻近籽晶的中心连线成45°角(图5c)。采用上述两种有规则排列方式，所得到的样品的结晶形貌靠近籽晶的上层是多个单畴区，中下层耦合在一起形成一个大单畴区。在所述的步骤(3)中，SmBaCuO籽晶的数量n个，n＝1，2，3，4......，n＝1对应单籽晶，n＞1对应多籽晶。在制备同样尺寸的超导块时，n越大(籽晶间距越小)，生长单畴超导块需要的时间越短。在所述的步骤(3)中，SmBaCuO籽晶优选为n2个，n＝2-8。本专利技术的优点是本专利技术的这种单畴YBaCuO超导块的多籽晶制备方法，与单籽晶法相比可以显著缩短生长YBaCuO单畴超导块的时间。该方法的主要特点是1)定向切割籽晶，使籽晶的a、b轴沿正方形薄片的两条边，c轴沿薄片的厚度方向，这样可以使籽晶规则排列。2)在预成型超导块的顶表面按一定间隔均匀排布籽晶，使籽晶诱导生长的晶体的取向和大小相等。3)预成型超导块由YBaCuO层和位于其上的YBaCuO与GdBaCuO的混合物过渡层构成，各层的包晶分解温度自上而下降低；利用在预成型块中建立成分梯度的方法生长YBCO超导块，可以改善多籽晶样品中的晶间耦合。4)根据YBaCuO的包晶分解温度TP为1010℃，GdBaCuO的TP为1041℃，YGdBaCuO混合物的TP随x的增加单调上升的规律，设置合理的热处理制度，使预成型块自上而下顺序结晶。5)过渡层的厚度与该层晶体生长速度匹配。6)在籽晶诱导下生长的较大的晶体成为下一层的籽晶，这种效应逐层传递，到YBaCuO层时上层的晶体已经连接在一起，形成一个大籽晶，从而利用多籽晶法生长出单畴结构的YBaCuO超导块。附图说明图1为(Y1-xGdx)1.8Ba2.4Cu3.4Oy材料的包晶分解温度图2为圆柱形预成型块的示意3为制备单畴SmBaCuO材料的示意4为单畴SmBaCuO材料晶体取向示意5为4籽晶在预成型块上的3种排布方式示意图，其中，图5(a)为第一种排布方式示意图；图5(b)为第二种排布方式示意图；图5(c)为第三种排布方式示意图。图6为籽晶诱导生长的超导块的表面结晶形貌示意图，其中，图6(a)为单籽晶形貌示意图；图6(b)为无规则晶界形貌示意图；图6(c)为(100)/(100)或(010)/(010)晶界形貌示意图；图6(d)为(110)/(110)晶界形貌示意图。图7为单籽晶法生长YBCO样品的结晶形貌和俘获磁场分布图，其中，图7(a)为样品的表面结晶形貌显示图；图7(b)为俘获场的三维分布图；图7(c)为同心圆形状的俘获场强度等高线图。图8为没有过渡层的4籽晶YBCO样品的结晶形貌和俘获磁场分布图，其中，图8(a)为样品的表面结晶形貌显示图；图8(b)为俘获场的三维分布图；图8(c)为俘获场强度等高线图与三维分布图相对应图。图9为实施例3的样品表面结晶形貌和俘获场分布图，其中，图9a为样品的表面结晶形貌，图9b为俘获场的三维分布图，图9c为俘获场强度等高线图。具体实施例方式本专利技术所使用的先驱粉末的制备方法如下本专利技术所使用的先驱粉末涉及Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy(YBaCuO)、Gd1.8Ba2.4Cu3.4Oy(GdBaCuO)和两者的混合物(Y1-xGdx)1.8Ba2.4Cu3.4Oy(YGdBaCuO)。其中，YBaCuO和GdBaCuO粉末是将Y2O3或Gd2O3与BaCO3，CuO按Y或Gd∶Ba∶Cu＝1.8∶2.4∶3.4的摩尔比例称量，均匀混合并焙烧，分别形成含有YBa2Cu3OY(Y-123)相和Y2BaCuOx(Y-211)相的YBaCuO先驱粉末，或含有GdBa2Cu3OY(Gd-123)相和Gd2BaCuOx(Gd-211)相的GdBaCuO先驱粉末。为了细化最终产物123相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钇钡铜氧单畴超导块的多籽晶制备方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：（１）、采用Ｙ↓［１．８］Ｂａ↓［２．４］Ｃｕ↓［３．４］Ｏ↓［ｙ］的粉末制备预成型块；（２）、通过熔融织构和顶部籽晶的方法生长ｃ轴取向的单畴结构ＳｍＢ ａＣｕＯ块，并定向切割即得到ＳｍＢａＣｕＯ籽晶，使籽晶的ａ、ｂ轴沿正方形薄片的两条边，ｃ轴沿薄片的厚度方向；（３）、将若干个ＳｍＢａＣｕＯ籽晶以ａ、ｂ轴组成的面且等间距放置在预成型块的顶表面上，置入加热炉中，快速升温至１０４０℃～１ ０４５℃，保温１～２ｈ后快速降温至１０１２℃～１０１７℃，然后以每小时０．１～１℃的速率降温至９７５～９８５℃，随后炉冷至室温，即制成钇钡铜氧单畴超导块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖玲，任洪涛，焦玉磊，郑明辉，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]