專利名稱：大直徑釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大直徑釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材的制備方法，其特征在于具有以下的過程和步驟 a.釔鋇銅氧預(yù)成型坯體的制備 (1)前驅(qū)混合粉體的制備前驅(qū)混合粉體為YBa2Cu306.5 (簡稱Y-123) 、Y2BaCu05 (簡稱Y-211)和Ce02三者的混合粉體；其配合量的比例為Y-123 : Y-211 = 1:0. 3-0. 4(摩爾比)，Ce02的加入量為Y-123和Y-211總量的0. 5wt% ;按上述配比配制的一定量的前驅(qū)混合粉體，經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟠茫?上述有關(guān)YBa2Cu306.5 (簡稱Y-123) 、 Y2BaCu05(簡稱Y-211)粉體的制備，可按傳統(tǒng)常規(guī)的方法來制備；其制備方法為將純度為99. 99%的&03粉末、99. 9%的CuO、99. 5%的BaC03粉末分別按摩爾比Y : Ba : Cu = 1 : 2 : 3以及Y : Ba : Cu = 2 : 1 : l稱量，攪拌均勻混合后置入高溫爐95(TC下熔燒20小時，使之固相反應(yīng)分別生成Y12-和Y211相燒結(jié)塊體；然后碾磨成粒徑為10-15微米的粉末； (2)模壓前驅(qū)混合粉體將上述一定量的前驅(qū)混合粉體置于特定尺寸的模具中，經(jīng)單軸模壓制成釔鋇銅氧預(yù)成型坯體；模壓壓力為8 lOMPa，保壓時間2 3分鐘；
b.過渡層墊片的制備采用99. 99 %的Yb203粉末和20wt % Y2BaCu05粉體均勻混合制得粉體，并稱取相當(dāng)于上述預(yù)成型釔鋇銅氧坯體質(zhì)量的10 15%的量，將其單軸模壓成薄圓片，其直徑略小于上述的預(yù)成型坯體，將其作為過渡層墊片；
c.大尺寸SmBC0籽晶的制備 (1) SmBCO預(yù)成型坯體的制備將純度為99. 99%的5111203粉末、99. 9%的CuO粉末和99. 5X的BaC03粉末按摩爾比例Sm : Ba : Cu = 1 : 2 : 3稱量，均勻混合后置入高溫爐95(TC下焙燒20小時，使之固相反應(yīng)生成釤鋇銅氧Sm-123相粉體；再用同樣方法合成釤鋇銅氧Sm-211粉體；然后按照Sm-123 : Sm_211 = 1:0. 25_0. 3的摩爾比進(jìn)行稱量，并加入5wt^的Ag02粉，均勻混合后單軸模壓成直徑為25mm的預(yù)成型坯體；
(2)SmBC0籽晶的制備將上述所得的預(yù)成型坯體置于Al203陶瓷基片上，采用釹鋇銅氧籽晶引導(dǎo)進(jìn)行熔融織構(gòu)生長；首先以300°C /h的升溫速率升至105(TC，恒溫1小時后，快速降溫至1025"，然后以0. 1 0. 5°C /h的降溫速率慢冷至1015 IOI(TC，再以60°C的速率降溫至90(TC，然后爐冷至室溫；將生長成的SmBCO單疇切割成面積大于10X lOmrn2、厚度為3mm的籽晶； d.大直徑釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材的制備 將上述所得的大尺寸SmBCO籽晶放置干上述a步驟獲得的釔鋇銅氧預(yù)成型坯體的上表面中心，并將所述坯體置于上述b步驟制得的過渡層墊片上，將此三層體一起置于剛玉板上，然后一同置入高溫電阻爐中，升溫至1047 105(TC，保溫2 3小時后快速降溫至1015 1018"，保溫5 10小時；隨后以0. 15 0. 85°C /h降溫至970 973。C，然后自然爐冷至室溫，最終制得大直經(jīng)釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 與現(xiàn)有幾種單疇超導(dǎo)塊材生長技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) (1)采用單塊大尺寸釤鋇銅氧(SmBCO)籽晶進(jìn)行超導(dǎo)單疇塊的生長，避免了多籽
晶生長技術(shù)要求的籽晶取向定位問題，大大簡化了制備工藝過程，也不存在多疇區(qū)現(xiàn)象，保
持了單籽晶生長技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。 (2)比較原有的單籽晶技術(shù)，采用大尺寸籽晶可以提高晶體生長速率，有效地避免了非籽晶自發(fā)成核現(xiàn)象，可以較容易地生長出高質(zhì)量大尺寸釔鋇銅氧單疇超導(dǎo)塊材。


圖1為釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材高溫爐中熱處理過程的結(jié)構(gòu)示意。
圖2為根據(jù)本發(fā)明提供的方法制成的直徑58mm釔鋇銅氧單疇塊材形貌結(jié)構(gòu)。
圖3為根據(jù)本發(fā)明提供的方法制成的直徑58mm釔鋇銅氧單疇塊材磁懸浮力性能。
圖4為根據(jù)本發(fā)明提供的方法制成的直徑75mm釔鋇銅氧單疇塊材形貌結(jié)構(gòu)。
圖5為根據(jù)本發(fā)明提供的方法制成的直徑75mm釔鋇銅氧單疇塊材磁懸浮力性能。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例1 (1)取前驅(qū)混合粉體(Y123+30% molY211+0. 5% wt Ce02) 320克，裝入直徑65mm模具中，單軸壓模成型，壓模壓力20MPa。壓制成直徑65mm，厚約23mm的預(yù)成型坯體(2)。
4
(2)取過渡層墊片用混合粉體35克，單軸壓模成直徑60mm，厚度4mm的過渡層墊片(3)。 (3)將尺寸為14X 14X 3mm3的SmBCO籽晶(1)放于釔鋇銅氧預(yù)成型坯體上表面，坯體置于過渡層墊片上，過渡層墊片下方依次為MgO單晶片(4)和八1203陶瓷板(5)。入爐前坯體燒結(jié)物整體結(jié)構(gòu)見附圖1。 (4)坯體入爐后，升溫至1047。C，保溫2小時后快速降溫至1015。C，保溫10小時，
以速率0.3t: /小時降溫至973t:，然后自然爐冷至室溫即制備成釔鋇銅氧單疇超導(dǎo)塊材。
制成后的釔鋇銅氧單疇直徑約58mm，厚度約20mm，其外形結(jié)構(gòu)見附圖2。 (5)將制成的單疇樣品置于氧氣氛爐中，在50(TC溫度下進(jìn)行吸氧處理200小時，
最后得到具有超導(dǎo)相結(jié)構(gòu)的單疇塊材。 (6)對氧處理后的超導(dǎo)塊材進(jìn)行磁懸浮力性能測試，其測試結(jié)果見附圖3。結(jié)果表明，采用本發(fā)明方法能夠制備出直徑58mm的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材，其最大磁懸浮力密度可以達(dá)到12. 5N/cm2(77K，0. 5T)，達(dá)到了實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2 (1)取前驅(qū)混合粉體(Y123+30% molY211+0. 5% wt Ce02)420克，裝入直徑85mm模具中，單軸壓模成型，壓模壓力30MPa。壓制成直徑85mm，厚約18mm的預(yù)成型坯體(2)。
(2)取過渡層墊片用混合粉體50克，單軸壓模成直徑80mm，厚度3mm的過渡層墊片(3)。 (3)將尺寸為15X15X3mn^的SmBC0籽晶(1)放置于釔鋇銅氧預(yù)成型坯體上表面，坯體置于過渡層墊片上，過渡層墊片下方依次為MgO單晶片(4)和八1203陶瓷板(5)。入爐前坯體燒結(jié)物整體結(jié)構(gòu)見附圖1。 (4)坯體入爐后，升溫至1050°C ，保溫3小時后快速降溫至1018°C ，保溫10小時，
以速率O. 15tV小時降溫至97(TC，然后自然爐冷至室溫即制備成釔鋇銅氧單疇超導(dǎo)塊材。
制成后的釔鋇銅氧單疇直徑約75mm，厚度約15mm，其外形結(jié)構(gòu)見附圖4。 (5)將制成的單疇樣品置于氧氣氛爐中，在50(TC溫度下進(jìn)行吸氧處理300小時，
最后得到具有超導(dǎo)相結(jié)構(gòu)的單疇塊材。 (6)對氧處理后的超導(dǎo)塊材進(jìn)行磁懸浮力性能測試，其測試結(jié)果見附圖5。結(jié)果表明，采用本發(fā)明方法能夠制備出直徑75mm的單疇釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材，其最大磁懸浮力密度可以達(dá)到10. 2N/cm2(77K，0. 5T)，達(dá)到了實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種大直徑釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材的制備方法，其特征在于具有以下的過程和步驟a.釔鋇銅氧預(yù)成型坯體的制備(1)前驅(qū)混合粉體的制備前驅(qū)混合粉體為YBa2Cu3O6.5(簡稱Y-123)、Y2BaCuO5(簡稱Y-211)和CeO2三者的混合粉體；其配合量的比例為Y-123∶Y-211＝1∶0.3-0.4(摩爾比)，CeO2的加入量為Y-123和Y-211總量的0.5wt％；按上述配比配制的一定量的前驅(qū)混合粉體，經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟠?；上述有關(guān)YBa2Cu3O6.5(簡稱Y-123)、Y2BaCuO5(簡稱Y-211)粉體的制備，可按傳統(tǒng)常規(guī)的方法來制備；其制備方法為將純度為99.99％的Y2O3粉末、99.9％的CuO、99.5％的BaCO3粉末分別按摩爾比Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3以及Y∶Ba∶Cu＝2∶1∶1稱量，攪拌均勻混合后置入高溫爐950℃下熔燒20小時，使之固相反應(yīng)分別生成Y-123和Y-211相燒結(jié)塊體；然后碾磨成粒徑為10-15微米的粉末；(2)模壓前驅(qū)混合粉體將上述一定量的前驅(qū)混合粉體置于特定尺寸的模具中，經(jīng)單軸模壓制成釔鋇銅氧預(yù)成型坯體；模壓壓力為8～10MPa，保壓時間2～3分鐘；b.過渡層墊片的制備采用99.99％的Yb2O3粉末和20wt％Y2BaCuO5粉體均勻混合制得粉體，并稱取相當(dāng)于上述預(yù)成型釔鋇銅氧坯體質(zhì)量的10～15％的量，將其單軸模壓成薄圓片，其直徑略小于上述的預(yù)成型坯體，將其作為過渡層墊片；c.大尺寸SmBCO籽晶的制備(1)SmBCO預(yù)成型坯體的制備將純度為99.99％的Sm2O3粉末、99.9％的CuO粉末和99.5％的BaCO3粉末按摩爾比例Sm∶Ba∶Cu＝1∶2∶3稱量，均勻混合后置入高溫爐950℃下焙燒20小時，使之固相反應(yīng)生成釤鋇銅氧Sm-123相粉體；再用同樣方法合成釤鋇銅氧Sm-211粉體；然后按照Sm-123∶Sm-211＝1∶0.25-0.3的摩爾比進(jìn)行稱量，并加入5wt％的AgO2粉，均勻混合后單軸模壓成直徑為25mm的預(yù)成型坯體；(2)SmBCO籽晶的制備將上述所得的預(yù)成型坯體置于Al2O3陶瓷基片上，采用釹鋇銅氧籽晶引導(dǎo)進(jìn)行熔融織構(gòu)生長；首先以300℃/h的升溫速率升至1050℃，恒溫1小時后，快速降溫至1025℃，然后以0.1～0.5℃/h的降溫速率慢冷至1015～1010℃，再以60℃的速率降溫至900℃，然后爐冷至室溫；將生長成的SmBCO單疇切割成面積大于10×10mm2、厚度為3mm的籽晶；d.大直徑釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材的制備將上述所得的大尺寸SmBCO籽晶放置干上述a步驟獲得的釔鋇銅氧預(yù)成型坯體的上表面中心，并將所述坯體置于上述b步驟制得的過渡層墊片上，將此三層體一起置于剛玉板上，然后一同置入高溫電阻爐中，升溫至1047～1050℃，保溫2～3小時后快速降溫至1015～1018℃，保溫5～10小時；隨后以0.15～0.85℃/h降溫至970～973℃，然后自然爐冷至室溫，最終制得大直經(jīng)釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大直徑釔鋇銅氧超導(dǎo)單疇塊材的制備方法，屬超導(dǎo)陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種改進(jìn)型頂部籽晶熔融織構(gòu)生長大尺寸高溫超導(dǎo)單疇塊材的方法。本發(fā)明采用了一個大尺寸的釤鋇銅氧(Sm-Ba-Cu-O)籽晶和一個按照特定化學(xué)組分配制而成的釔鋇銅氧(Y-Ba-Cu-O)預(yù)成型坯體，將前者放置于后者的頂部上面，在高溫條件下進(jìn)行熔融織構(gòu)法生長。本發(fā)明方法能夠克服小尺寸籽晶熔融織構(gòu)法生長過程中容易出現(xiàn)自發(fā)成核的難題，有效地實(shí)現(xiàn)頂部籽晶熔融織構(gòu)法生長大尺寸高溫超導(dǎo)釔鋇銅氧單疇塊材。
文檔編號C04B35/622GK101723680SQ200910200509
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者吳興達(dá), 左鵬翔, 徐克西 申請人:上海大學(xué)