强连接氧化物超导体及其制造方法技术

强连接多晶氧化物超导体制品及其制造方法，该制品包括选自１２４类和２４７类氧化物超导体组的氧化物超导体，具有细粒的、高度校直的、沿最长尺寸方向小于５０μｍ的氧化物超导体晶粒。该制品在０．１泰斯拉场中具有至少２５％的临界电流密度滞留量。其制备步骤如图所示。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及强连接多晶氧化物超导体和氧化物超导体的复合物。本专利技术还涉及制造强连接多晶氧化物超导体制品的方法。多晶的、任意取向的氧化物超导体呈现的临界电流密度比单晶的或高度定向材料的临界电流密度小几个数量级。临界电流密度的减低(如横过任意取向材料的晶粒界面所测得的那样)起因于晶界杂质或晶界失配。横过晶粒界面和(尤其是)在有磁场的情况下所测量的临界电流密度的降低被认为是“弱连接”性能。晶粒校直或结晶学织构已被证明能减轻某些氧化物超导体的弱连接性能和能增强强连接性能，即使在强磁场下也允许高电流密度存在。用于产生氧化物超导体的晶粒校直的技术包括熔化织构、磁校直和机械变形。熔化织构和磁校直均有非常低的处理速度和不能处理大量材料的缺点。现已使用熔化织构去处理氧化物超导体，特别是，钇钡铜酸盐(YBCO)和铋锶钙铜酸盐(BSCCO)系统。熔化织构的氧化物超导体具有良好的晶粒校直，高临界电流密度和强连接的晶粒。这些质量是通过形成大的(毫米级)良好校直的晶粒而得到的。尽管这种大晶粒对电流传输是非常理想的，但熔化织构材料容易损坏并且不容易形成复杂的形状。细晶粒材料(微米级)将具有为大部分应用(例如载流导线)所需要的较大灵活性。在单纯用机械方法诱导校直的金属和陶瓷工艺中广泛使用了机械变形，例如，在纤维增强金属中对纤维的校直。在陶瓷和陶瓷复合材料中，变形处理被用来旋转并由此校直晶粒和具有高纵横比的粒子。对易碎材料(例如氧化物超导体等)采用机械方法旋转晶粒是个复杂的课题，因为一旦变形氧化物超导体晶粒往往会破裂和变成粉末。在本领域人们通常认为RE1Ba2Cu4O8(124)类氧化物超导体内在地含有不良的晶粒界面并且是弱连接的，其中RE表示稀土元素。以此类推，在结构上与124一类化合物有关的RE2Ba4Cu7Ox(247)类氧化物超导体也可以看做是弱连接。例如，shi-butani等人研究了用机械变形由[Y(Ca)]1Ba2Cu4O8制成的导线的临界电流特性，并报道该导线具有不良的临界电流滞留(在约0.1T时，＜20%)Shibutani等人说明该材料的特性为具有不完善的晶粒界面耦合并且是弱连接的。为此，本专利技术的一个目的是提供RE1Ba2Cu4O8类和RE2Ba4Cu7Ox类氧化物超导材料，该材料是强连接的并且能在磁场中有效地保持其临界电流密度。本专利技术的另一个目的是提供具有良好排列的氧化物超导体晶粒的RE1Ba2Cu4O8类和RE2Ba4Cu7Ox类氧化物超导材料。本专利技术再一个目的是提供大规模生产强连接氧化物超导材料的方法。就本专利技术的一个方面而言，强连接氧化物导制品包括细的、高度校直氧化物超导体晶粒，用四点探针在至少1cm的距离上测量可知在4.2K，0.1泰斯拉的磁场中具有至少25%临界电流密度滞留。该氧化物超导体是从包括124类和247类的氧化物超导体组中选得的。在较佳实施例中，循着最长尺寸的晶粒是小于1000μm，小于500μm更好，循着最长尺寸最好的是小于100μm。作为本文中使用的术语所谓“临界电流密度滞留”指的是，在给定磁场强度下，保留的临界电流密度和在4.2K、零泰斯拉(无磁场)下所测得的临界电流密度相比较的数值。该值是按百分比计。本文使用的术语所谓“124类”氧化物超导体指的是，在该氧化物超导体中钇或稀土元素、钡和铜组分的比例大致为1∶2∶4。124一类氧化物超导体还被描述为具有以下排列的晶格面(大略地示于附图说明图1a中)∶CuO2面/Y/CuO2面/BaO/CuO链/CuO链/BaO。同样，本文中使用的术语所谓“123类”和“247一类”氧化物超导体)指的是，在该类氧化物超导体中钇或稀土元素、钡和铜组分的比例大致分别为1∶2∶3和2∶4∶7。123类氧化物超导体还被描述为具有以下排列的晶格面(大略地示于图1b中)∶CuO2面/Y/CuO2面/BaO/CuO链/BaO。247类氧化物超导体另被描述为具有以下排列的晶格面(大略地示于图10中)CuO2面/Y/CuO2面/BaO/CuO链/CuO链/BaO/CuO2面/Y/CuO2面/BaO/CuO链/BaO。此外，可以用非稀土元素代替该组成的金属元素只要所有成分保持相应的1∶2∶4、1∶2∶3或2∶4∶7之比。所谓“高度校直氧化物超导体晶粒”指的是，晶粒是这样加以定向，以致于使a-b面局部校直与电流流动的方向平行。本文中使用的术语所谓“强连接”性能指的是，和在零磁场中的电流密度相比，测试的氧化物超导体在0.1泰斯拉下保持至少25%的临界电流密度。临界电流密度的测试是用1cm距离范围内的四点探针技术来完成。在较好的实施例中，氧化物超导体是YBa2Cu4O8或[Y(Ca)]，Ba2Cu4O8。多晶氧化物超导体制品还可包括从含银、金及其合金的组合中选出的一种贵金属。该贵金属可以紧密地和氧化物超导体混和或接触地围绕氧化物超导体。强连接多晶氧化物超导体制品可以呈丝线、丝带或薄片状态。本文中使用的术语所谓“贵金属”指的是，根据化学反应性同氧化物超导体、同氧气都无反应的金属。就本专利技术的另一方面而言，强连接多晶氧化物超导体复合制品包括包含在贵金属内部的至少一根氧化物超导体细线。该氧化物超导体是选自包括124一类和247一类氧化物超导体的组中。氧化物超导体具有细的、高度校直的氧化物超导体晶粒，该晶粒在0.1泰斯拉的磁场中滞留有至少25%的临界电流密度。在较佳实施例中，循着最长尺寸的晶粒是小于1000μm，更好的是小于500μm，循着最长尺寸最好的是小于100μm。在较佳实施例中，复合制品的氧化物超导体是YBa2Cu4O8或[Y(Ca)]1Ba2Cu4O8。贵金属选自包括银、金及其合金的金属组中。贵金属接触地围绕氧化物超导体细线并可紧密地同氧化物超导体混和。在另一较好实施例中，氧化物超导复合制品包含许多氧化物超导细线。在一更佳实施例中，复合制品具有100根到200000根之间的细线，每根细线具有小于25μm2的横截面积。强连接多晶氧化物超导体复合制品可以呈丝线、丝带或丝带或薄片状。就本专利技术的另一方面而言，强连接多晶氧化物超导制品是通过下述步骤制备的(a)按所要求的形状制造氧化物超导体的细粒状金属先驱物，(b)在足以制造细粒状低价氧化物物质并且不足以把相当数量的低价氧化物物质转变成所需氧化物超导体的温度下，氧化细粒状金属先驱物，(c)以任一次序，使制品退火和变形，在某一温度下和足以使制品的一些低价氧化物物质转变成所需的氧化物超导体的细晶粒的一段时间内进行退火处理以形成低价氧化物物质和氧化物超导体的混合物，而所述变形处理是这样进行的以致于氧化物超导体的细晶粒被旋转成一直线，以使晶粒与制品的预期载流方向平行而没有氧化物超导体晶粒的实质上的破裂或粉碎，(d)交替进行制品的退火处理和变形处理直到看不出校直的更进一步改善，(e)为了使任何余下的低价氧化物物质起反应和最大限度地生长和烧结现有校直晶粒，使校直晶粒经受最后退火处理。在较好的实施例中，步骤(d)被进行二到十次。本文中使用的术语所谓“低氧化物物质”指的是氧化物超导体的金属成分的简单的、二元和三元氧化物。步骤(b)的温度应该不足以使相当数量的金属先驱物转变成氧化物超导体。在较好的实施例中，该温度是在300-500℃范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
强连接多晶氧化物超导体制品，包括：由１２４－类和２４７－类氧化物超导体组成的组中选出的一种氧化物超导体，具有细粒的、高度校直的氧化物超导体晶粒，以致于该氧化物超导体制品在０．１泰斯拉磁场中，在４．２Ｋ下具有２５％的临界电流密度滞留量。

【技术特征摘要】
US 1992-5-12 881,6751.强连接多晶氧化物超导体制品，包括由124-类和247-类氧化物超导体组成的组中选出的一种氧化物超导体，具有细粒的、高度校直的氧化物超导体晶粒，以致于该氧化物超导体制品在0.1泰斯拉磁场中，在4.2K下具有25%的临界电流密度滞留量。2.如权利要求1的氧化物超导体制品，其特征在于，该氧化物超导体包括YBa2Cu4O8。3.如权利要求1的氧化物超导体制品，其特征在于，该氧化物超导体包括[Y(Ca)]1Ba2Cu4O8。4.如权利要求1的氧化物超导体制品，其特征在于还包括选自银、金及其合金组中的一种贵金属。5.如权利要求4的氧化物超导体制品，其特征在于，该贵金属是和氧化物超导体紧密接触的。6.如权利要求4的氧化物超导体制品，其特征在于，该类金属是接触地围绕着该氧化物超导体。7.如权利要求1的氧化物超导体制品，其特征在于，该氧化物超导体制品是丝线。8.如权利要求1的氧化物超导体制品，其特征在于，该氧化物超导体制品是丝带或线带。9.如权利要求1的氧化物超导体制品，其特征在于，该氧化物超导体制品是薄片。10.强连接多晶氧化物超导体复合制品，包括被一种金属所容纳的至少一根氧化物超导体细丝和选自含精细的，高度校直氧化物超导体晶粒的124-类和247-类氧化物超导体组中的氧化物超导体，以使该制品在0.1泰斯拉磁场中具有至少25%的临界电流密度滞留量。11.如权利要求1或10的氧化物超导体制品，其特征在于，所述超导体晶粒沿最长尺寸方向小于1000μm。12.如权利要求1或10的氧化物超导体制品，其特征在于，所述超导体晶粒沿最长尺寸方向小于500μm。13.如权利要求1或10的氧化物超导体制品，其特征在于，所述超导体晶粒沿最长尺寸方向小于100μm。14.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，所述贵金属选自由银、金及其合金组成的组中。15.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该氧化物超导体包括YBa2Cu4O8。16.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该氧化物超导体包括了[Y(Ca)]1Ba2Cu4O8。17.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，氧化物超导体细丝还包括了和一种贵金属紧密混合物，该贵金属选自包含银、金及其合金的组中。18.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该制品包括许多氧化物超导体细丝。19.如权利要求10或18的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该氧化物超导体细丝具有小于25μm2横截面。20.如权利要求18的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该制品包括在100到200000范围内的许多氧化物超导体细丝。21.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该制品是丝线。22.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该制品是丝带或丝带。23.如权利要求10的氧化物超导体复合制品，其特征在于，该制品是薄片。24.一种制造强连接氧化物超导体制品的方法，包括下列步骤(a)接所需形状生产氧化物超导体的金属先驱物;(b)在足以产生细粒状低价氧化物物质和不足以把相当数量的低价氧化物物质转变成氧化物超导体的温度下氧化该细粒状金属先驱物;(c)以任一顺...

【专利技术属性】
技术研发人员：LJ马瑟尔，ER波特堡，
申请(专利权)人：美国超导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]