单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，其采用顶部籽晶熔渗生长法，通过改变固相块和液相块所用的源粉成份，使得整个熔渗生长过程仅需制备BaCuO2一种粉，大大简化了制备先驱粉的环节、缩短了制备周期、降低了工艺成本、提高了效率，而且重复性好、易于定向生长，所制备样品的磁悬浮力大、临界电流密度高，本发明专利技术还采用了液相块的比固相块的直径相等或稍大的装配方法，有利于防止液相的流失、样品的坍塌以及有利于固相与液相的充分接触。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高温铜氧化物超导材料的研究
，具体涉及到一种用顶部籽晶熔渗生长方法制备单畴钆钡铜氧超导块材的方法。
技术介绍
单畴铜氧化物高温超导块材(RE-Ba-Cu-Ο，其中RE为稀土元素，如Nd、Gd、Y等)具有较高的临界温度和临界电流密度，并且在强磁场下具有较强的磁通钉扎能力。这一优势为该类材料在磁悬浮技术方面的应用奠定了基础，特别是在超导磁悬浮轴承、储能飞轮以及超导电机和发电机等研制方面具有良好的应用前景。在制备单畴铜氧化物超导块材的过程中，应用较多的工艺主要有两种，一种是传统的顶部籽晶熔融织构生长工艺，另一种是最近几年发展起来的顶部籽晶熔渗生长工艺。 顶部籽晶熔渗生长工艺可以有效地解决传统熔融织构生长工艺中存在的如样品的收缩、变形、内部存在大量气孔和宏观裂纹、液相流失严重、Gd2BaCuO5粒子的局部偏析等等问题。但是在熔渗生长工艺中，要用到三个等直径的先驱坯块，包括Gd2BaCuO5先驱块、液相块和支撑块，Gd2BaCuO5先驱块由相纯度高、粒度小的Gd2BaCuO5先驱粉压制而成，液相块由等摩尔比的GdBa2Cu307_x和Ba3Cu5O8 (Ba3Cu5O8是BaCuO2与CuO摩尔比为3 :2的混合物)混合压制而成，支撑块由初始粉氧化物Gd2O3直接压制而成。在热处理前，先将液相块放置到支撑块的上面，再将Gd2BaCuO5先驱块放到液相块上面。在热处理过程中，液相块中的富Ba、Cu液相熔化，在毛细吸引力的作用下渗透到上面的Gd2BaCuO5先驱块中，在随后的慢降温过程中，此液相与先驱块的Gd2BaCuO5相反应，生成GdBa2Cu3CVx相，并且在籽晶的诱导下完成GdBa2Cu3CVx晶粒的有序生长。在热处理过程中支撑块也会吸收一部分液相，生成大部分的Gd2BaCuO5相和少量的GdBa2Cu3CVx相。由于大量Gd2BaCuO5固态粒子的存在，支撑块可以在高温下支撑上面的两个先驱块，使其在热处理过程中保持竖立不倒，并且可以阻止液相的流失。由上可以看出，顶部籽晶熔渗生长法是一种比传统方法更复杂和费时的制备方法。这种制备方法要用到三种先驱粉(Gd2BaCuO5, GdBa2Cu3O7^x, BaCuO2) 每种先驱粉均由传统的固态反应法制得，即通过反复的高温煅烧和研磨得到相纯净、碳含量低及较小粒度(O. I 10微米)的先驱粉，每种粉的制备均需一周左右，这样就使得熔渗生长法的制备周期长，同时增加了实验的耗资。
技术实现思路
为了克服现有技术中制备单畴钆钡铜氧超导块材时需要制备多种先驱粉，耗时长的问题，本专利技术提供了一种只需要一种先驱粉就能够完成磁悬浮力大、临界电流密度高的单畴钆钡铜氧超导块材且易于定向生长、成本低的单畴钆钡铜氧超导块材制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成(I)配制 BaCuO2 粉取BaCO3与CuO粉按摩尔比为I : I混合，用固态反应法制成BaCuO2粉；(2)制备固相先驱粉和液相源粉取Gd2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :1 I. 5的比例混合均匀，作为固相先驱粉，取Y2O3粉与BaCuO2粉、CuO粉按摩尔比为I : 10 :6混合均匀，作为液相源粉；(3)压制固相先驱块和液相块取固相先驱粉和液相源体分别压制成固相先驱块和液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 49 1.78 ;(4)压制支撑块将Y2O3粉或Yb2O3粉压制成与液相块形状相同的坯块，作为支撑块； (5)制备钕钡铜氧籽晶块取Nd2O3与BaCO3、CuO粉混合，Nd2O3与BaCO3、CuO粉的摩尔比为I :1 :1，用固态反应法制成Nd2BaCuO5粉，取Gd2O3与BaC03、CuO粉混合，Nd2O3与BaC03、CuO粉的摩尔比为I :4 :6，用固态反应法制成NdBa2Cu307_y粉，将Nd2BaCuO5粉与NdBa2Cu307_y粉按照质量比为I :3混合均匀，作为先驱块，用顶部籽晶熔融织构方法烧结，取自然解理的小方块作为钕钡铜氧杆晶块；上式中(6)坯体装配在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置MgO单晶片、支撑块、液相块、固相先驱块、钕钡铜氧籽晶块，形成坯体；(7)熔渗生长单畴钆钡铜氧块材将装配好的坯体放入管式炉中，以每小时80 120°C的升温速率升温至920°C，保温20小时，以每小时40 60°C的升温速率升温至1065 1070°C，保温4 5小时，以每小时60°C的降温速率降温至1048 1045°C，以每小时O. I O. 5°C的降温速率慢冷至1025 1020°C，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材；(8)渗氧处理将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，450 350°C的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。上述步骤(2)中，取Gd2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :1· I I. 4的比例混合均匀，作为固相先驱粉，取Y2O3粉与BaCuO2粉、CuO粉按摩尔比为I :10 :6混合均匀，作为液相源粉。上述步骤(3)中，取固相先驱粉和液相源粉分别压制成固相先驱块和液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 54 I. 72。上述步骤(3)中，所述液相块的尺寸不小于固相块的尺寸，且形状相同。本专利技术的，是采用顶部籽晶熔渗生长法，通过改变固相块和液相块所用的源粉成份，使得整个熔渗生长过程仅需制备BaCuO2 —种粉，大大简化了制备先驱粉的环节、缩短了制备周期、降低了工艺成本、提高了效率，而且重复性好、易于定向生长，所制备样品的磁悬浮力大、临界电流密度高，本专利技术还采用了液相块的比固相块的直径相等或稍大的装配方法，有利于防止液相的流失、样品的坍塌以及有利于固相与液相的充分接触。附图说明图I为不同比例的固相先驱粉与液相源粉所制备的单畴钆钡铜氧超导块材的磁悬浮力对比曲线图。图2为固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 49时所制备的单畴钆钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图3为固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 54时所制备的单畴钆钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图4为固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 60时所制备的单畴钆钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图5为固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 65时制备的单畴钆钡铜氧超导块 材的表面形貌照片。图6为固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 72时制备的单畴钆钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图7为固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 78时制备的单畴钆钡铜氧超导块材的表面形貌照片。具体实施例方式现结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明，但是本专利技术不仅限于下述的几种实施方式。实施例I以Gd2O3初始粉与BaCO3XuO粉为固相先驱粉原料为例，制备单畴钆钡铜氧超导块材的方法有以下步骤(I)配制 BaCuO2 粉取142. 5397g BaCO3与57. 4603g CuO粉按摩尔比为I :1混合，用固态反应法制成BaCuO2 粉。(2)制备固相先驱粉和液相源粉取54. 4920gGd203初始粉与45. 5080gBaCu02粉按摩尔比为I :I. 2的比例混合均勻，作为固相先驱粉，取11. 1721g Y2O3粉与115. 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，由以下步骤组成：（1）配制BaCuO2粉取BaCO3与CuO粉按摩尔比为1：1混合，用固态反应法制成BaCuO2粉；（2）制备固相先驱粉和液相源粉取Gd2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为1：1～1.5的比例混合均匀，作为固相先驱粉，取Y2O3粉与BaCuO2粉、CuO粉按摩尔比为1：10：6混合均匀，作为液相源粉；（3）压制固相先驱块和液相块取固相先驱粉和液相源体分别压制成固相先驱块和液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为1：1.49～1.78；（4）压制支撑块将Y2O3粉或Yb2O3粉压制成与液相块形状相同的坯块，作为支撑块；（5）制备钕钡铜氧籽晶块取Nd2O3与BaCO3、CuO粉混合，Nd2O3与BaCO3、CuO粉的摩尔比为1：1：1，用固态反应法制成Nd2BaCuO5粉，取Gd2O3与BaCO3、CuO粉混合，Nd2O3与BaCO3、CuO粉的摩尔比为1：4：6，用固态反应法制成NdBa2Cu3O7?y粉，将Nd2BaCuO5粉与NdBa2Cu3O7?y粉按照质量比为1：3混合均匀，作为先驱块，用顶部籽晶熔融织构方法烧结，取自然解理的小方块作为钕钡铜氧籽晶块；上式中0≤y≤1；（6）坯体装配在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置MgO单晶片、支撑块、液相块、固相先驱块、钕钡铜氧籽晶块，形成坯体；（7）熔渗生长单畴钆钡铜氧块材将装配好的坯体放入管式炉中，以每小时80～120℃的升温速率升温至920℃，保温20小时，以每小时40～60℃的升温速率升温至1065～1070℃，保温4～5小时，以每小时60℃的降温速率降温至1048～1045℃，以每小时0.1～0.5℃的降温速率慢冷至1025～1020℃，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材；（8）渗氧处理将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，450～350℃的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨万民，王明梓，王孝江，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：