一种利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，包括步骤：a)按照Ba：Cu＝2：3制备Ba2Cu3O5粉末；b)按RE2O3+2Ba2Cu3O5的配比制备前驱体粉末；c)将b)中制备的前驱体粉末压制烧结成料棒；d)按照一定的比例制备BaxCuyOz粉末；e)将d)中制备的粉末压制烧结成助熔剂棒；f)将c)和e)中制得的料棒和助熔剂棒置于光学浮区炉中，利用光学浮区法生长REBCO高温超导晶体。本发明专利技术通过在前驱体料棒中直接使用Re2O3和Ba2Cu3O5相，有效减少了晶体生长时熔区熔体的流失，缩短了制备周期，生长出了REBCO高温超导晶体。该方法对于解决光学浮区法生长非一致熔融晶体时熔区熔体的流失问题具普遍的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法
本专利技术涉及高温超导材料领域，更具体地，涉及一种利用新型前驱体组分制备REBCO高温超导晶体的方法。
技术介绍
自稀土钡铜氧REBa2Cu3O7-δ(简称REBCO、RE123，其中RE＝Y、Gd、Sm、Nd等)超导体被发现以来，就引起了人们的广泛关注。一方面，由于其具有完全抗磁性、高临界电流密度和高冻结磁场等特性，REBCO超导体在诸如磁悬浮力、磁性轴承、飞轮储能和永磁体等方面有许多潜在的应用。另一方面，由于传统的BCS理论无法完全解释REBCO高温超导体的超导机制，世界范围内的物理学家需要高质量的高温超导晶体，探索高温超导缘由。因此，生长大尺寸、高质量、高元素掺杂量的单晶体具有很重要的意义。顶部籽晶提拉法是生长REBCO高温超导晶体的常用方法，这种方法由于对坩埚的依赖性从而具有很大的局限性，例如坩埚的污染，生长速度慢，生长大尺寸困难，难以进行元素掺杂等。因此，本领域的技术人员致力于如何实现生长大尺寸、高质量、高元素掺杂量的单晶体。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，在氩气中用光学浮区法生长REBCO高温超导晶体，满足科研和实际工业化生产的需求。专利技术人在专利技术创造本申请的构思为：现有技术中一般利用顶部籽晶提拉法是生长REBCO高温超导晶体。专利技术人创新性地将目光聚焦于无需坩埚的光学浮区法。光学浮区法采用光学聚焦红外加热系统熔融多晶料棒，无需坩埚，避免了高温熔体对坩埚的腐蚀问题，消除了坩埚带来的潜在污染。同时在晶体生长过程中能在电脑屏幕上对熔区进行实时动态精确观察，从而有效及时的调控熔区，优化结晶质量。在浮区法晶体生长过程中，料棒是边熔化边结晶的，同时其周围的温度梯度大，因此能在较短时间内生长出晶体，从而节约了时间和成本。在制备光学浮区法生长REBCO晶体的料棒时，一般料棒的前驱体粉末是由RE2O3(RE200)、BaCO3和CuO粉末根据原子比RE：Ba：Cu＝1：2：3均匀混合烧结研磨而成的RE123粉末——在此我们称之为传统的前驱体粉末(conventionalprecursorpowders,CPP)，然后将其压制烧结成料棒。在晶体生长时，熔区熔体很容易浸润穿透这种由RE123相组成的CPP料棒，从而导致熔区熔体极易流失并引发熔区崩溃，最终使晶体生长很难进行下去。基于此，专利技术人通过技术改造，专利技术一种改进的前驱体粉末(modifiedprecursorpowder,MPP)，其由RE200和Ba2Cu3O5(RE023)相按照RE：Ba：Cu＝1：2：3组成，熔区熔体对RE200相不浸润，同时在高温下RE200和RE023相可以形成RE2BaCuO5(RE211)纳米颗粒，从而有效增加了熔体的粘度，使得液相流失得到了明显的改善，在合适的温度下获得稳定的熔区，而稳定的熔区是生长优质晶体的前提。本专利技术的利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，包括如下工序：a)按照Ba：Cu＝2：3的摩尔配比制备Ba2Cu3O5粉末；b)按RE2O3+2Ba2Cu3O5的摩尔配比制备前驱体粉末；c)将b)中制备好的前驱体粉末压制烧结成料棒；d)按照Ba：Cu＝x：y的摩尔配比制备BaxCuyOz粉末；e)将d)中制备好的前驱体粉末压制烧结成助熔剂棒；f)将c)和e)中制得的料棒和助熔剂棒分别置于光学浮区炉中上旋转轴和下旋转轴上，设置上下旋转轴的旋转方向为反向，旋转速度为10～15rpm，按照1V/min的速度从0升高卤素灯的工作电压至25～35V，融化料棒和助熔剂棒，对接上下棒，设置晶体生长的速度为1～5mm/h方向向下，开始生长晶体；其中，旋转速度可以为10rpm、11rpm、12rpm、13rpm、14rpm、15rpm等；工作电压可以为25V、26V、27V、28V、29V、30V、31V、32V、33V、34V、35V等；晶体生长的速度可以为1mm/h、2mm/h、3mm/h、4mm/h、5mm/h等。g)设置降温时间为0.5～1h，将生长出的晶体冷却至室温。其中，降温时间可以为0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h等。进一步地，工序a)包括：第一步骤，按照Ba：Cu＝2：3的摩尔配比将BaCO3和CuO粉末均匀混合，获得2BaCO3+3CuO粉末；第二步骤，对所述2BaCO3+3CuO粉末加入无水乙醇进行湿磨以获得2BaCO3+3CuO浆料，湿磨时间为2-4小时；第三步骤，烘干上一步骤所得的2BaCO3+3CuO浆料；第四步骤，将上述中所述的烘干的2BaCO3+3CuO混合粉末在空气中850℃～900℃烧结48小时合成Ba2Cu3O5粉末。进一步地，将所述工序a)获得的所述Ba2Cu3O5粉末与RE2O3粉末按RE2O3：Ba2Cu3O5＝1：2的摩尔比混合均匀，然后装入长条橡胶气球中封闭压实，抽真空15～20min，在55～60MPa等静压下制成致密的料棒，再将该料棒放入马弗炉中，在空气气氛下以900～950℃烧结10～20小时，获得晶体生长所需的料棒。进一步地，料棒的直径为3～8mm，长度为40～80mm。其中棒料的直径可以为3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm等；长度可以为40mm、50mm、60mm、70mm、80mm等。进一步地，工序d)中，x：y的取值范围为0.3～0.6。其中x：y的取值范围为0.3、0.4、0.5、0.6等。进一步地，工序d)包括：第一步骤，按照Ba：Cu＝x：y的配比将BaCO3和CuO粉末均匀混合，获得xBaCO3+yCuO粉末；第二步骤，对所述xBaCO3+yCuO粉末加入无水乙醇进行湿磨以获得xBaCO3+yCuO浆料，湿磨时间为2-4小时；第三步骤，烘干上一步骤所得的xBaCO3+yCuO浆料；第四步骤，将上述步骤中所述的烘干的xBaCO3+yCuO混合粉末在空气中850℃～900℃烧结48小时合成BaxCuyOz粉末。进一步地，将所述工序d)获得的所述Ba3Cu7O10粉末装入长条橡胶气球中封闭压实，抽真空15～20min，在55～60MPa等静压下制成致密的助熔剂棒，再将该料棒放入马弗炉中，在空气气氛下以900～950℃烧结10～20小时，获得晶体生长所需的助熔剂棒。进一步地，REBCO为YBCO。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术通过在前驱体料棒中直接使用Re2O3相，有效减少了晶体生长时熔区熔体的流失，缩短了制备周期，生长出了REBCO高温超导晶体。2、与CPP的料棒相比，使用本专利技术中用到的MPP料棒在浮区法生长REBCO晶体时液相流失现象得到了有效的控制，其原因主要是该料棒在高温下形成了高密度的RE211纳米颗粒，有效增加了熔体的粘度，使得液相流失得到了明显的改善；3、熔区的BaCuO液体对RE123和RE200的浸润性为RE123＞RE200。因此，用浮区法生长REBCO晶体时BaCuO液体对MPP料棒的浸润性要差于对CPP料棒的，MPP的料棒更不容易被BaCuO溶液穿透；4、该方法对所有浮区法生长非一致熔融材料的晶体都有广泛的适用性。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，其特征在于，包括如下工序：a)按照Ba：Cu＝2：3的摩尔配比制备Ba2Cu3O5粉末；b)按RE2O3：Ba2Cu3O5＝1:2的摩尔配比制备前驱体粉末；c)将b)中制备好的前驱体粉末压制烧结成料棒；d)按照Ba：Cu＝x：y的摩尔配比制备BaxCuyOz粉末；所述x：y的取值范围为0.3～0.6；e)将d)中制备好的前驱体粉末压制烧结成助熔剂棒；f)将c)和e)中制得的料棒和助熔剂棒置于光学浮区炉中，利用光学浮区法生长REBCO高温超导晶体。

【技术特征摘要】
1.一种利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，其特征在于，包括如下工序：a)按照Ba：Cu＝2：3的摩尔配比制备Ba2Cu3O5粉末；b)按RE2O3：Ba2Cu3O5＝1:2的摩尔配比制备前驱体粉末；c)将b)中制备好的前驱体粉末压制烧结成料棒；d)按照Ba：Cu＝x：y的摩尔配比制备BaxCuyOz粉末；所述x：y的取值范围为0.3～0.6；e)将d)中制备好的前驱体粉末压制烧结成助熔剂棒；f)将c)和e)中制得的料棒和助熔剂棒置于光学浮区炉中，利用光学浮区法生长REBCO高温超导晶体。2.根据权利要求1所述的利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，其特征在于，所述工序a)包括：按照Ba：Cu＝2：3的摩尔配比将BaCO3和CuO粉末均匀混合，获得2BaCO3+3CuO粉末，对所述2BaCO3+3CuO粉末进行预处理，包括：(i)对所述2BaCO3+3CuO粉末进行湿磨以获得2BaCO3+3CuO浆料，湿磨时间为2-4小时；(ii)烘干工序(i)所得的2BaCO3+3CuO浆料；(iii)将(ii)中所述的烘干的2BaCO3+3CuO混合粉末在空气中850℃～900℃烧结48小时合成Ba2Cu3O5粉末。3.根据权利要求1所述的利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，其特征在于，所述前驱体为所述工序a)获得的所述Ba2Cu3O5粉末与RE2O3粉末按RE2O3：Ba2Cu3O5＝1：2的摩尔比混合均匀，然后装入长条橡胶气球中封闭压实，抽真空15～20min，在55～60MPa等静压下制成致密的料棒，再将该料棒放入马弗炉中，在空气气氛下以900～950℃烧结10～20小时，获得晶体生长所需的料棒。4.根据权利要求1所述的利用新型前驱体组分生长REBCO高温超导晶体的方法，其特征在于，所述料...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚忻，万炎，马杰，王国华，钱俊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31