一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法技术

本发明专利技术公开了一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序：a）制备RE123相和RE211相的粉末；b）按RE123+（0.3～1.5）wt%CeO2的配比制备第一前驱体；c）按RE123+30mol%RE211+（0.3～1.5）wt%CeO2的配比制备第二前驱体；c）籽晶放置在第二前驱体的上表面，第二前驱体放置在第一前驱体的上表面；d）将工序c）所得样品置于生长炉中进行熔融织构生长高温超导块体。本发明专利技术操作简单，通过在第二先驱体内添加RE211相，有效抑制高温熔融状态下薄膜籽晶中稀土元素的溶解和扩散，提高薄膜籽晶的热稳定性，有利于诱导生长REBCO高温超导准单晶体。

Method for growing REBCO high temperature superconductor quasi single crystal

The invention discloses a method for growth of REBCO superconducting quasi single crystal, which comprises the following steps: a) the preparation of RE123 phase and RE211 phase powder; b) according to RE123+ (0.3 ~ 1.5) the ratio of wt%CeO2 to prepare the first precursor; c) according to RE123+30mol%RE211+ (0.3 ~ 1.5) wt%CeO2 ratio of preparation second precursor; c) seed placed on the upper surface of the second precursor, second precursor is placed on the upper surface of the first precursor; d) will process C) were melt textured growth of high temperature superconducting block of the sample in the growth furnace. The invention has the advantages of simple operation, by adding RE211 in the second pioneer body phase, effectively inhibit the high temperature molten film diffusion and dissolution of rare earth elements in the seed and improve the thermal stability of thin film seed, is conducive to the growth of REBCO induced by high temperature superconducting quasi single crystal.

【技术实现步骤摘要】
—种生长REBCO高温超导准单晶体的方法
本专利技术涉及高温超导材料领域，更具体地，涉及一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法。
技术介绍
自REBa2Cu3Ox (简称 REBCO、RE123、稀土钡铜氧，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。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。对于进一步的科研工作，生长大尺寸、高元素掺杂量的单晶体具有很重要的意义。而传统制备REBCO单晶体的方法是利用顶部籽晶提拉法，这种方法由于对于坩埚的依赖性从而具有很大的局限性，例如生长大尺寸困难，难以进行元素掺杂等。目前，顶部籽晶熔融织构法(MT)可有效制备大尺寸的REBCO超导块材(通过掺杂一定量的RE211相)，以其容易制备、可实现高掺杂并且生长可靠等特点，成为一种极具潜力的REBCO高温超导材料制备方法。在MT中，薄膜籽晶的热稳定性最高(Tmax高达1120°C)。因此成为应用最广泛的籽晶材料。制备过程中NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶被放置在REBCO前驱体的上表面中心，作为形核点诱导REBCO前驱体按照籽晶取向定向凝固生长，最终形成单一 c轴取向的单畴超导体。但是，由于单晶制备中前驱体材料中不加入RE211相，溶化后生成的溶液中稀土元素的饱和度低，容易发生薄膜籽晶的熔解和扩散，使得薄膜籽晶很容易熔化在前驱体中从而失去籽晶的作用，形成多晶诱导生长。因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用顶部籽晶熔融织构法REBCO高温超导准单晶体的方法。
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REBCO高温超导准单晶体的方法，在空气中熔融织构法制备生长无RE211掺杂的REBCO高温超导准单晶体，满足科研和实际工业化生产的需求。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序:a)制备RE123相的粉末和RE211相的粉末；b)制备前驱体；c)将籽晶放置在前驱体的上表面；d)将前驱体和籽晶置于生长炉中进行熔融织构生长高温超导块体；其中，工序b)中的前驱体包括第一前驱体和第二前驱体，第一前驱体为工序a)获得的RE123相的粉末按RE123+ (0.3~1.5)wt%Ce02的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体；工序c)中，籽晶放置在第二前驱体的上表面，第二前驱体放置在第一前驱体的上表面。进一步地，工序a)包括:第一步骤，按照RE:Ba:Cu=l:2:3的比例将RE203、BaC03和CuO粉末混合，得到RE123相的前驱粉末；按照RE: Ba: Cu=2:1:1的比例将RE203、BaC03和CuO粉末混合，得到RE211相的前驱粉末。第二步骤，分别将RE123相和RE211相的前驱粉末研磨后,在空气中900°C烧结48小时并重复3次此研磨、烧结过程。进一步地，第二前驱体为工序a)获得的RE123相的粉末和RE211相的粉末按LRE123+ (10~30) mol%LRE211+ (0.3~1.5) wt%Ce02的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。进一步地，第一前驱体的直径为15~30mm ;第二前驱体的直径为5mm。进一步地，工序d)的熔融织构生长包括以下步骤:使生长炉内的温度在第一时间内升至第一温度；保温2~5小时；使生长炉内的温度在第二时间内降至第二温度；使生长炉内的温度在第三时间内降至第三温度；使生长炉内的温度在第四时间内降至第四温度；最后淬火，获得REBCO高温超导准单晶体。进一步地，第一时 间为3~10小时，第一温度高于REBCO高温超导准单晶体的包晶反应温度30~80°C ;第二时间为15~30分钟，第二温度为包晶反应温度；第三时间为10~20小时，第三温度为低于包晶反应温度5~10°C ;第四时间为20~30小时，第四温度为低于包晶反应温度5~10°C。进一步地，淬火为:将REBCO高温超导准单晶体随炉冷却。进一步地，工序c )的籽晶是NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。进一步地，NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶为c轴取向，NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶的尺寸为 2_X 2mm。进一步地，REBCO为 YBCO 或 GdBCO。本专利技术的有益效果如下:1、本专利技术引入c轴取向的NdBCO/YBCO/MgO薄膜作为籽晶，顶部籽晶熔融织构法诱导生长REBCO高温超导准单晶体，该薄膜籽晶具有很高的热稳定性，其熔点高达1120°C，有利于在高温度的生长炉内保证薄膜结构和组分的完整性，用于成功诱导REBCO材料的外延生长。2、本专利技术在薄膜籽晶和第一先驱体之间插入一层第二先驱体结构，通过在第二先驱体内添加RE211相，提高高温熔融状态下的先驱体内的稀土元素的浓度，从而有效抑制薄膜籽晶中的稀土元素的溶解和扩散，进而保证薄膜在高温状态的结构完整，提高薄膜的热稳定性。3、本专利技术在熔融织构法诱导生长REBCO高温超导准单晶体的过程中采取阶梯型缓冷的生长程序，薄膜籽晶首先在第一降温阶段诱导第二先驱体的外延生长，当第二先驱体完成诱导生长后，由第二先驱体在第二降温阶段继续诱导第一先驱体的外延生长，从而保证REBCO高温超导准单晶体(第一先驱体)的生长和获得。4、本专利技术在熔融织构生长结束后，将成品从生长炉中取出，剔除置于第一先驱体上表面的第二先驱体和薄膜籽晶，即可获得所需的REBCO高温超导准单晶体，操作简单方便。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效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。【附图说明】图1是本专利技术的实施例中的籽晶、第一前驱体和第二前驱体的放置结构示意图；图2是图1中的籽晶诱导得到的YBCO高温超导准单晶体的照片；图3是本专利技术的一个实施例中的籽晶直接置于第一前驱体上制备得到的YBCO超导多晶体的照片。【具体实施方式】以下结合具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术的实施例中，采用c轴取向的NdBCO/YBCO/MgO薄膜11作为籽晶，在薄膜籽晶11和第一先驱体12之间插入一层第二先驱体13结构，顶部籽晶熔融织构法诱导生长REBCO高温超导准单晶体。也就是说，薄膜籽晶11放置于第二先驱体13的上表面，第二先驱体13放置于第一先驱体12的上表面。其中，第一先驱体12为RE123+(0.3~1.5)wt%Ce02的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体；第二先驱体13为LRE123+(10~30)mol%LRE211+ (0.3~L 5) wt%Ce02的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。 实施例1一种生长YBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序:[0031 ] 1、按照 Y: Ba: Cu=1: 2:3 和 Y: Ba: Cu=2:1:1 的比例，将 Y2O3> BaCO3 和 CuO 粉末混合以获得Y123相和Y211相的粉末。2、分别将步骤I中的Y123相的粉末、Y211相的粉末充分研磨均匀后、空气中900°C烧结48小时，将烧结后的粉末再次研磨、空气中900°C烧结48小时，重复三次，得到组分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序：a）制备RE123相的粉末和RE211相的粉末；b）制备前驱体；c）将籽晶放置在所述前驱体的上表面；d）将所述前驱体和所述籽晶置于生长炉中进行熔融织构生长高温超导材料；其特征在于，所述工序b）中的所述前驱体包括第一前驱体和第二前驱体，所述第一前驱体为所述工序a）获得的所述RE123相的粉末按RE123+（0.3～1.5）wt%CeO2的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体；所述工序c）中，所述籽晶放置在所述第二前驱体的上表面，所述第二前驱体放置在所述第一前驱体的上表面。

【技术特征摘要】
1.一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序: a)制备RE123相的粉末和RE211相的粉末； b)制备前驱体； c)将籽晶放置在所述前驱体的上表面； d)将所述前驱体和所述籽晶置于生长炉中进行熔融织构生长高温超导材料； 其特征在于，所述工序b)中的所述前驱体包括第一前驱体和第二前驱体，所述第一前驱体为所述工序a)获得的所述RE123相的粉末按RE123+ (0.3~1.5) wt%Ce02的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体； 所述工序c)中，所述籽晶放置在所述第二前驱体的上表面，所述第二前驱体放置在所述第一前驱体的上表面。2.根据权利要求1所述的生长REBCO高温超导准单晶体的方法，其特征在于，所述工序a)包括: 按照RE: Ba: Cu=1: 2:3的比例将RE203、BaCO3和CuO粉末混合，得到RE123相的前驱粉末；按照RE:Ba:Cu=2:l:1的比例将RE2O3、BaCO3和CuO粉末混合，得到RE211相的前驱粉末； 分别将所述RE123相的前驱粉末和所述RE211相的前驱粉末研磨后，在空气中900°C烧结48小时并重复3次此研磨、 烧结过程。3.根据权利要求1所述的生长REBCO高温超导准单晶体的方法，其特征在于，所述第二前驱体为所述工序a)获得的所述RE123相的粉末和所述RE211相的粉末按LRE123+( 10~30)mol%LRE211+ (0.3~L 5)wt%Ce02的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。4.根据权利要求3所述的生长REBCO高温超导准单晶体的方法，其特征在于，所述第一前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚忻，王伟，陈媛媛，彭波南，郭林山，崔祥祥，陈尚荣，李昊辰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：