專利名稱:基于釹鋇銅氧保護(hù)層作熔融生長(zhǎng)籽晶的超導(dǎo)塊材制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是一種超導(dǎo)材料技術(shù)領(lǐng)域的制備方法,具體是一種基于 NdBa2Cu3Oz (簡(jiǎn)稱NdBCO、釹鋇銅氧)保護(hù)層作熔融生長(zhǎng)(Melt Textured Growth,簡(jiǎn)稱MTG) 籽晶的的超導(dǎo)塊材制備方法。
背景技術(shù):
自從科學(xué)家發(fā)現(xiàn)REBa2Cu3Oz(簡(jiǎn)稱REBC0、稀土鋇銅氧)這種具有巨大應(yīng)用前途的高溫超導(dǎo)材料以來(lái),其過(guò)高的制備成本一直制約其發(fā)展,而昂貴的籽晶材料是造成超導(dǎo)塊體材料制備成本過(guò)高的因素之一。傳統(tǒng)工藝中常使用的薄膜籽晶,雖然具有高熱穩(wěn)定性、易于制備等優(yōu)點(diǎn),但由于制備工藝要求嚴(yán)格,且不能重復(fù)使用,因此使用成本較高。如何能有效地降低籽晶的使用成本,一直是一個(gè)熱門的研究課題。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn),目前減少籽晶制備成本,主要是使用批量生產(chǎn)的辦法,如《用于制備Sml23籽晶的、在空氣中熔融織構(gòu)SmBCO材料的生長(zhǎng)與研究》(J Bierlich, THabisreuther,etc. , Superconductor Science and Technology,18 (2005)S194-S197)提到,可以將MgO (氧化鎂)誘導(dǎo)生長(zhǎng)出的SmBCO (釤鋇銅氧SmBEi2Cu3Oz,簡(jiǎn)稱SmBCO或Sml23) 晶體,用于批量生產(chǎn)SmBCO籽晶。但是該技術(shù)由于是使用MgO籽晶,而MgO與SmBCO晶格不完全匹配,致使熔融織構(gòu)生長(zhǎng)出來(lái)的SmBCO為多晶。但作籽晶使用的晶體必須保證晶體內(nèi)晶向的統(tǒng)一,因此要使用 SmBCO作籽晶,必須對(duì)SmBCO多晶進(jìn)行分割,分離出單晶,并且分辨出不同晶向,以保證單個(gè)晶粒的晶向統(tǒng)一。如此,便造成籽晶的制備成本上升,且過(guò)程耗時(shí)。其次,在所有REBCO 中,NdBCO 的 Tp(peritectic temperature,包晶反應(yīng)溫度)高于 SmBCO,Tp(SmBCO) = 1055°C,Tp (NdBCO) = 1085°C。而在 MTG 中使用最高溫度(Tmax)必須高于待制備單晶材料的Tp,即要使待制備材料發(fā)生包晶反應(yīng);但為保證籽晶安全(不能使籽晶也發(fā)生包晶反應(yīng),否則就會(huì)使籽晶晶向發(fā)生改變,也就失去了籽晶誘導(dǎo)待制備材料單晶晶向的意義),MTG中使用的溫度不能超過(guò)籽晶的Tp。因此,Sml23籽晶,只能用于Tp 小于Tp(SmBCO)的晶體材料,應(yīng)用范圍有限。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,提供一種基于釹鋇銅氧保護(hù)層作熔融生長(zhǎng)籽晶的超導(dǎo)塊材制備方法,用NdBCCHAg2O塊體材料實(shí)驗(yàn)中副產(chǎn)物——NdBCO保護(hù)層作籽晶。 所謂保護(hù)層,即籽晶與待生長(zhǎng)塊材之間的一層小的過(guò)渡層,一般與待生長(zhǎng)塊材的成分一致, 但尺寸較小,能起到規(guī)則單疇生長(zhǎng)的作用。由于NdBCCHAg2O塊體材料實(shí)驗(yàn)中使用NdBCO薄膜作籽晶,其與NdBCO晶格有很好的匹配性,因此誘導(dǎo)生成的NdBCO保護(hù)層晶向統(tǒng)一,能很容易辨別出(001)晶面,利用方便。再者,由于在NdBCCHAg2O塊體材料實(shí)驗(yàn)中,NdBCO保護(hù)層與NdBCO塊體粉料是分開(kāi)壓成塊的,只是在MTG反應(yīng)中將兩者接觸疊放在一起,由于沒(méi)有另加機(jī)械外力,因此相較于Sml23籽晶,在NdBCO生成單晶中,保護(hù)層與塊體材料聯(lián)結(jié)力較弱,因此解理過(guò)程也更為簡(jiǎn)單。其次,在所有REBCO材料中,NdBCO擁有最高的Tp,因此NdBCO 保護(hù)層可以為其他REBCO單晶材料作籽晶使用,使用范圍廣泛。NdBCO保護(hù)層作籽晶,在生長(zhǎng)得到高質(zhì)量單疇塊體材料的同時(shí),能有效降低籽晶使用成本,且籽晶能夠重復(fù)解理利用, 更能降低成本。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的,本發(fā)明包括以下步驟第一步、將稀土鋇銅氧(NdBCO) +Ag2O塊體材料實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的NdBCO保護(hù)層解理下來(lái)作為籽晶。所述的NdBCO保護(hù)層的直徑約為5mm,高度約為2mm。所述的解理是指礦物晶體受力后常沿一定方向的平面破裂,此破裂平面即稱為解理面。解理面一般平行于晶體格架中質(zhì)點(diǎn)最緊密,聯(lián)結(jié)力最強(qiáng)的面。因?yàn)榇怪边@種面的聯(lián)結(jié)力較弱,面與面之間的聯(lián)結(jié)力弱,晶粒易于平行此面破裂,解理的具體步驟為在NdBCO 保護(hù)層與NdBCO體材料接觸面處平行施加一外力,晶體受力后在接觸面處將沿受力方向的產(chǎn)生平面破裂,NdBCO保護(hù)層即與NdBCO體材料解理。第二步、將稀土鋇銅氧粉料或混合有A&0的稀土鋇銅氧粉料壓塊,將籽晶放置在粉料塊的頂面上并使NdBCO保護(hù)層的(001)面接觸粉料塊;第三步、把粉料塊放入爐中并升溫至Tmax = 1080°C后保溫1. 5小時(shí),然后快速降溫到開(kāi)始溫度Ts,以0. 3°C /小時(shí)的速度,緩慢降溫生長(zhǎng)10小時(shí),實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)塊材制備。所述的開(kāi)始溫度Ts為1005 1060°C。本發(fā)明所述的NdBCO保護(hù)層作籽晶,適合于所有“REBC0+Ag20”超導(dǎo)相單疇的制備, 且適用于除NdBCO外其他REBCO超導(dǎo)相單疇的制備。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明,本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1選擇Ts = 10050C,生長(zhǎng)YBei2Cu3Oz (簡(jiǎn)稱釔鋇銅氧、YBC0)單疇。1)將“NdBC0+A&0”實(shí)驗(yàn)中的NdBCO保護(hù)層解理下來(lái),以備作籽晶使用;2)將YBCO粉料壓塊,將NdBCO保護(hù)層放置在頂面上,并保證NdBCO保護(hù)層的(001) 面接觸粉料塊;3)把放有籽晶的粉料塊放入爐中,將溫度上升到Tmax = 1080°C,并保溫1. 5小時(shí),再快速降溫到iTs = 1005°C,以0. 3°C /小時(shí)的速度,降溫到1002°C,生長(zhǎng)10小時(shí);4)將爐溫度快速降低到室溫,解理下NdBCO保護(hù)層以備下次作籽晶使用。制得的TOCO單疇的Jc (critical current density,臨界電流密度,其值越高,超導(dǎo)體的性能越好)最高值為50000A/cm2,性能良好。實(shí)施例2選擇Ts = 10450C,生長(zhǎng)GdBa2Cu3Oz (簡(jiǎn)稱GdBCO、釓鋇銅氧)單疇。1)將“NdBC0+A&0”實(shí)驗(yàn)中的NdBCO保護(hù)層解理下來(lái),以備作籽晶使用;2)將GdBCO粉料壓塊,將NdBCO保護(hù)層放置在頂面上,并保證NdBCO保護(hù)層的(001)面接觸粉料塊;3)把放有籽晶的粉料塊放入爐中,將溫度上升Tmax = 1080°C,并保溫1. 5小時(shí), 再快速降溫到iTs = 1045°C,以0. 3°C /小時(shí)的速度,降溫到1042°C,生長(zhǎng)10小時(shí);4)將爐溫度快速降低到室溫,解理下NdBCO保護(hù)層以備下次作籽晶使用。制得的GdBCO單疇的Jc最高值為65000A/cm2,性能良好。實(shí)施例3選擇I1s = 1060°C,生長(zhǎng)NdBCO+15wt% Ag2O (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的氧化銀)。1)將“NdBC0+A&0”實(shí)驗(yàn)中的NdBCO保護(hù)層解理下來(lái),以備作籽晶使用;2)將NdBCO粉料加入15wt % Ag2O粉,混合均勻,再將粉料壓塊。將NdBCO保護(hù)層放置在頂面上,并保證NdBCO保護(hù)層的(001)面接觸粉料塊;3)把放有籽晶的粉料塊放入爐中,將溫度上升Tmax = 1080°C,并保溫1. 5小時(shí), 再快速降溫到iTs = 1060°C,以0. 3°C /小時(shí)的速度,降溫到1057°C,生長(zhǎng)10小時(shí);4)將爐溫度快速降低到室溫,解理下NdBCO保護(hù)層以備下次作籽晶使用。制得的NdBCO的Jc最高值為40000A/cm2,性能良好。由于NdBCO保護(hù)層是“NdBC0+5Wt% Ag2O^TG實(shí)驗(yàn)的副產(chǎn)物,其作為籽晶的制備成本可忽略不計(jì)。且由于其晶向統(tǒng)一,(001)面極易獲得,解理作籽晶使用極為方便。又由于 NdBCO有很高的Tp,NdBCO保護(hù)層籽晶可以允許很高的MTG實(shí)驗(yàn)溫度,所以NdBCO保護(hù)層可作為任何“REBC0+Ag20”MTG實(shí)驗(yàn)的籽晶使用,應(yīng)用范圍廣泛。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證實(shí)NdBCO保護(hù)層籽晶是性能高,且成本低、利用方便的籽晶。
權(quán)利要求
1.一種基于釹鋇銅氧保護(hù)層作熔融生長(zhǎng)籽晶的超導(dǎo)塊材制備方法,其特征在于,包括以下步驟第一步、將NdBCCHAg2O塊體材料實(shí)驗(yàn)中的NdBCO保護(hù)層解理下來(lái)作為籽晶;第二步、將稀土鋇銅氧粉料或混合有A&0的稀土鋇銅氧粉料壓塊,將籽晶放置在粉料塊的頂面上并使NdBCO保護(hù)層的(001)面接觸粉料塊;第三步、把粉料塊放入爐中并升溫至Tmax = 1080°C后保溫1. 5小時(shí),然后快速降溫到開(kāi)始溫度Ts,以0. 3°C /小時(shí)的速度,緩慢降溫生長(zhǎng)10小時(shí),實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)塊材制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于釹鋇銅氧保護(hù)層作熔融生長(zhǎng)籽晶的超導(dǎo)塊材制備方法, 其特征是,在NdBCO保護(hù)層與NdBCO體材料接觸面處平行施加一外力,晶體受力后在接觸面處將沿受力方向的產(chǎn)生平面破裂,NdBCO保護(hù)層即與NdBCO體材料解理。
3.基于釹鋇銅氧保護(hù)層作熔融生長(zhǎng)籽晶的超導(dǎo)塊材制備方法,其特征是,所述的開(kāi)始溫度 iTs 為1005 1060°C。
全文摘要
一種超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域的基于釹鋇銅氧保護(hù)層作熔融生長(zhǎng)籽晶的超導(dǎo)塊材制備方法,通過(guò)將NdBCO+Ag2O塊體材料實(shí)驗(yàn)中的NdBCO保護(hù)層解理下來(lái)作為籽晶;然后將稀土鋇銅氧粉料或混合有Ag2O的稀土鋇銅氧粉料壓塊,將籽晶放置在粉料塊的頂面上并使NdBCO保護(hù)層的(001)面接觸粉料塊;再把粉料塊放入爐中并升溫至Tmax=1080℃后保溫1.5小時(shí),然后快速降溫到開(kāi)始溫度Ts,以0.3℃/小時(shí)的速度,緩慢降溫生長(zhǎng)10小時(shí),實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)塊材制備。本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)易且成本低廉,在生長(zhǎng)得到高質(zhì)量單疇塊體材料的同時(shí),能有效降低籽晶使用成本。
文檔編號(hào)C04B41/87GK102167588SQ20101061950
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者姚忻, 李天宇, 許恒恒 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)