一种制备钙掺杂的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制备钙掺杂的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；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材料；其中，工序b）中的前驱体为工序a）获得的RE123相的粉末按RE123+（0～15）wt%CaCO3+（0.3～1.5）wt%CeO2的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。本发明专利技术采用顶部籽晶熔融织构制备钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体，在制备工艺过程中，只需要将CaCO3均匀混入前驱体粉末中，压制圆柱状前驱体，方法简单、易于操作、完全重复可控。

【技术实现步骤摘要】
—种制备钙掺杂的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，尤其涉及一种制备钙掺杂的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，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。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及物性分析，化学元素掺杂的REBCO高温超导体具有重要意义。这是由于元素掺杂的基本机理和基础研究还不是很系统。譬如:掺杂元素在REBCO基体中的存在位置及存在方式；掺杂物本征特性对组织结构和超导性能的影响；掺杂物对凝固行为的影响等研究缺乏关联性，很难理解掺杂的理论本质。加之高温超导材料研究的时间相对比较短，许多基本机理还不是很清楚，所以掺杂效应研究有必要进行深入探讨。其对研究REBCO的性能与结构的关系和探讨高温超导机理都具有深远意义。而制备出高掺杂量的REBCO单晶体是以上科学研究重要前提。传统制备REBCO单晶体的方法是利用顶部籽晶提拉法(TSSG)，这种方法难以生长大尺寸掺杂样品。它的局限性主要体现在对于坩埚的依赖，例如在TSSG生长过程中应用Y2O3坩埚时，由于元素掺杂后的Ba-Cu-O液体和坩埚有好的浸润性使得液体很容易爬出坩埚，无法进行大尺寸生长。如换用与液体不浸润的坩埚，例如Al2O3坩埚，则会在生长过程中产生Al元素的污染。因此，本领域的技术人员致力于开发一种新型的制备钙掺杂的的REBCO高温超导准单晶体的方法，无污染、生长速度快。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种采用顶部籽晶熔融织构制备钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体的方法，克服现有技术中提拉法依赖于坩埚、生长速度慢、存在其他元素的污染等缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种制备钙掺杂的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；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材料；其中，工序b)中的前驱体为工序a)获得的RE123相的粉末按RE123+ (0~15) wt%CaC03+ (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,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；将RE123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,工序a)中，前驱体的直径为15~30mm。 进一步地，工序d)中，RE 123+ (O ~15) wt%CaC03+ (0.3 ~1.5) wt%Ce02 的比例是指:RE123、CaCO3 和 CeO2 的质量比为 1: (O ~15) %: (0.3 ~1.5) %。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升至第二温度；保温I~2小时；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；使生长炉内的温度在第五时间内降至第五温度；使生长炉内的温度在第六时间内降至第六温度；最后淬火，获得钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体。进一步地，第一时间为3~5小时，第一温度为900°C~950°C ;第二时间为I~2小时，第二温度高于REBCO高温超导准单晶体的包晶反应温度30~80°C;第三时间为15~30分钟，第三温度为包晶反应温度；第四时间为10~20小时，第四温度为低于包晶反应温度2~4°C;第五时间为15~30小时，第五温度为低于包晶反应温度3~6°C;第六时间为15~40小时,第六温度为低于包晶反应温度3~10°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/MgO薄膜籽晶或NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。进一步地，NdBCO/MgO薄膜籽晶是指在MgO单晶片上沉积一层厚度为100~1000nm的c轴取向的NdBCO薄膜；NdBC0/Mg0薄膜籽晶c轴方向的长度为0.5~1mm, ab面的尺寸为2mmX 2mm~IOmmX IOmm ；NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶是指在MgO单晶片上先沉积一层厚度为100~300nm的c轴取向的YBCO薄膜，然后在YBCO薄膜上再沉积一层厚度为300~600nm的c轴取向的NdBCO薄膜，ab面的尺寸为2mm X 2mm~10mmX 10mnin优选地，籽晶为c轴取向，籽晶的尺寸为2mmX 2mm。进一步地，REBCO为 YBCO。由此，本专利技术具有如下技术效果:1、本专利技术首次采用顶部籽晶熔融织构制备钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体，在制备工艺过程中，只需要将CaCO3均匀混入前驱体粉末中，压制圆柱状前驱体，方法简单、易于操作、完全重复可控。2、本专利技术采用CaCO3粉末作为钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体的前驱粉体的组分，在熔融织构法的高温煅烧过程中，CaCO3发生化学反应，CO2释放挥发，留下Ca元素均匀分布于REBCO的化学结构内，从而实现REBCO高温超导准单晶体中的钙元素的均匀掺杂。3、与传统的顶部籽晶提拉法制备钙掺杂REBCO高温超导的准单晶体相比，本专利技术采用顶部籽晶熔融织构制备得到钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体，可有效防止其他组元的污染，且容易制备、可实现高掺杂并且生长可靠。4、本专利技术采用顶部籽晶熔融织构制备的REBCO高温超导准单晶体的方法，除了钙元素的化学掺杂，还可以用于其他化学元素掺杂的REBCO高温超导准单晶体的制备，具有普适性，满足掺杂元素和生长体系多样化的制备。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是本专利技术的一个较佳实施例中的前驱体和籽晶在生长炉内的摆放示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例中的熔融结构生长的温度程序的示意图；图3是本专利技术的一个较佳实施例中得到的3wt%Ca元素掺杂YBCO超导准单晶体的光学照片；图4是图3所示样品通过PPMS测试得到的超导转化温度曲线(Tc)。【具体实施方式】实施例一本实施例中，如图1和图2所示，分别给出了顶部籽晶熔融织构法中，籽晶I和前驱体2在生长炉内的摆放示意图、以及籽晶I和前驱体2进行熔融结构生长的温度程序的示意图。具体来说，本实施例的一种制备钙掺杂的YBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序:1、按照Y: Ba: Cu=1: 2:3的比例，将Y203、BaC03和CuO粉末混合以获得Y123相的粉末。2、将步骤I中的Y123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，得到组分均匀单一的Yl23纯相粉末。3、将步骤2获得的Y123纯相粉末、CaCO3粉末、CeO2粉末按照Y123+3wt%CaC03+lwt%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钙掺杂的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；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）中的所述前驱体为所述工序a）获得的所述RE123相的粉末按RE123+（0～15）wt%CaCO3+（0.3～1.5）wt%CeO2的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。

【技术特征摘要】
1.一种制备钙掺杂的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； 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)中的所述前驱体为所述工序a)获得的所述RE123相的粉末按RE123+ (O~15) wt%CaC03+ (0.3~1.5)wt%Ce02的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。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； 将所述RE123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，所述工序a)中，所述前驱体的直径为15~30mm。4.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d)中，RE123+ (O ~15) wt%CaC03+ (0.3 ~1.5) wt%Ce02 的比例是指:RE 123、CaCO3 和 CeO2的质量比为1: (O~15) %: (0.3~1.5) %。5.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d)的熔融织构生长包括以下步骤:使所述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；使所述生长炉...

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