REBCO高温超导块体材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种REBCO高温超导块体材料的制备方法，特别涉及REBCO高温超导块体材料的熔融织构生长方法。REBCO高温超导块体材料的熔融织构生长方法，包括以下工序：a)原料的配料混合；b)研磨、煅烧处理，得到超导材料粗坯；c)压片；d)灼烧；e)冷却，得到REBCO高温超导块体材料；工序e)冷却包括以下步骤：e1)降温至缓冲温度区间，保温；e2)降温至生长温度，保温；e3)淬火。本发明专利技术解决了现有的熔融织构生长方法从最高温降温至生长温度时产生自发形核，导致REBCO高温超导块体材料生长失败的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种REBCO高温超导块体材料的制备方法，特别涉及REBCO高温超导块体材料的熔融织构生长方法。
技术介绍
稀土钡铜氧(REBa2Cu3Ox, REBC0)高温超导块体材料在诸如磁悬浮力、磁性轴承、 飞轮储能和永磁体等方面具有许多潜在的应用。而在应用层面对块材的要求一般为具有较大的尺寸，较高的临界电流密度(Jc)。因此，大尺寸超导块体材料的制备是制约块体材料实际应用的关键。熔融织构法(MTG)则被普遍认为是一种极具潜力的稀土钡铜氧高温超导块体材料制备方法。在制备块体材料过程中，往往需要将由超导粉末压成的前驱体升至某一最高温度(Tmax)使其充分溶化，然后快速降温至生长区间进行生长。最高温在这一生长过程中扮演着融化前驱体以及去除杂质等关键作用，研究表明，单从最高温对于杂质的影响来考虑，高的最高温有利于杂质的消除，进而有利于生长过程中自发形核的抑制。并且，提升最高温可以有效地扩大稀土钡铜氧超导块体的生长窗口区间。但是另一方面，生长过程中将前驱体温度由最高温降至生长温度时会有溶质过饱和产生。显然地，最高温与生长温度的差别越大，产生的溶质过饱和度越大，产生自发形核的可能性也就越大。当降温区间很大时，产生的过饱和度过大，会直接导致自发形核的出现而使得生长失败。因此，寻找一种生长优化方法解决从最高温降温至生长温度所产生的过大的溶质过饱和度是保证块体材料生长的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种REBCO高温超导块体材料的熔融织构生长方法，降低自最高温降至生长区间时产生的过大过饱和度，以解决现有的熔融织构生长方法从最高温降温至生长温度时产生自发形核，导致REBCO高温超导块体材料生长失败的技术问题。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题，达到本专利技术的目的。REBCO高温超导块体材料的制备方法，包括以下工序a)原料的配料混合，得到混合料；b)研磨、煅烧处理，得到超导材料粗坯；c)压片，得到前驱体；d)灼烧；e)冷却，得到所述REBCO高温超导块体材料；其特征在于，所述工序e)冷却包括以下步骤ei)快速降温至缓冲温度区间，保温；e2)快速降温至生长温度，保温；e3)淬火。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术在最高温以及生长温度之间引入一个缓冲温度区间，在此区间保温一段时间可有效地控制降温时产生的溶质过饱和，使其一直处于亚稳态的区间内而不产生自发形核。通过控制在缓冲温度区间的保温时间，可以有效地控制溶质过饱和，进而可以控制块体材料的生长速度以及抑制自发形核的产生。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述步骤ei)中所述快速降温是以60_150°C /h 的速率降温。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述步骤ei)中所述的缓冲温度区间是 1055-1085°C。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述步骤ei)中所述的保温，时间是10-30分钟。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述工序a)原料的配料混合是取123相稀土元素、211相稀土元素与银元素，按照RE123+(10-40)mol% RE211+15wt% Ag的百分比混合均匀，也就是，按照RE123掺入10-40%摩尔百分比(相对于RE123)的RE211，再取RE123 和RE211混合粉末与15%质量百分比(相对于RE123)的Ag混合均匀。进一步，所述123 相稀土元素是Gdl23、Ndl23或Sml23 ;所述211相稀土元素是Gd211、Nd211或Sm211。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述工序b)研磨、煅烧处理是将所述混合料研磨，然后置于890-910°C的环境下进行40-50小时以上的煅烧；煅烧完毕后再次研磨，然后再次置于890-910°C的环境下进行40-50小时以上的煅烧。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述工序c)压片，是将所述超导材料粗坯压成圆形饼状结构。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述工序d)灼烧是指，在所述前驱体顶部加入沉积在MgO基板上的REBCO薄膜籽晶，然后置于生长炉中，在4-6小时内升温至 1095-1115°C并保温2-3小时。所述籽晶的尺寸优选l-2Xl-2mm。该籽晶可以从市场购买获得，例如，从德国THEVA公司购得。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述RE = Y、Sm、Gd或Nd。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述e2)中所述的降温的降温速度是60°C / h-150°C /h，生长温度是1015-1055°C，保温时间是40-80h。在本专利技术的另一个具体实施方式中，所述e3)淬火是以200-300°C /h的降温速率将温度降至室温。本专利技术方法采用具有缓冲温度区间的温度程序熔融织构生长稀土钡铜氧高温超导块体材料。这一新温度程序的使用可有效解决由最高温降至生长温度时产生的自发形核问题。这一程序可以用于制备具有优越超导性能的REBCO高温超导块体材料，对于块体材料的研制开发以及应用具有重要意义。具体实施例方式REBCO高温超导块体材料(RE = Y、Sm、Gd或Nd)的熔融织构生长方法，包括以下工序a)原料的配料混合，得到混合料，具体而言是取123相稀土元素、211相稀土元素与银元素，按照RE123+(10-40)mol% RE211+15wt% Ag的百分比混合均匀，RE = Y、Sm、Gd或 Nd, 123 相稀土元素是 Gdl23、Ndl23 或 Sml23, 211 相稀土元素是 Gd211、Nd211 或 Sm211 ；b)将混合料研磨，然后置于890-910°C的环境下进行40-50小时以上的煅烧；煅烧完毕后再次研磨，然后再次置于890-910°C的环境下进行40-50小时以上的煅烧，得到超导材料粗坯；c)压片，将超导材料粗坯压成圆形饼状结构，得到前驱体；d)在前驱体的顶部加入籽晶，然后置于生长炉中，在4-6小时内升温至 1095-1115°C并保温2-3小时；e)冷却，得到REBCO高温超导块体材料；工序e)冷却包括以下步骤ei)快速降温至缓冲温度区间1055_1085°C，保温10-30分钟；e2)快速降温至生长温度，保温；e3)淬火。实施例I :NdBC0/YBC0/Mg0薄膜作籽晶熔融织构生长GdBCO高温超导块体材料I)、按照 Gdl23+25mol% Gd211+15wt% Ag 组分配料；2)、研磨，910°C保温48小时进行煅烧，再研磨，910°C保温48小时进行煅烧；3)、压成小20 X 8mm圆形饼状结构，顶部加入2mm*2_的NdBCO/YBCO/MgO薄膜作籽晶，将这整个体系放入生长炉中；4)、4小时升温至1095 °C，保温2. 5小时，以60_150°C /h的速率快速降温至 1055°C，保温20分钟，再以60-150°C /h的速率快速降温到1016°C，保温70小时，淬火(以 200-3000C /h的降温速率将温度降至室温)得到单畴GdBCO高温超导块体材料。本实施例制备得到的高温超导块体材料的物理化学特征为尺寸为(M6X6mm， 在液氮温度以下具有优越的超导性能，具有92K左右的超导转变温度(Tc)。实施例2 NdBCO/YBCO/MgO薄膜作籽晶熔融织构生长NdBCO高温超导块体材料I、按照 Ndl23+35mol% Nd211+15wt%本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚忻，颜士斌，程玲，李天宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：