專利名稱：稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理方法及其使用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理方法及其使用裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種高效、安全的稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理方法所使用的高壓氧處理裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案這種稀土鋇銅氧單疇超導(dǎo)塊材的后處理方法，是采用各種改進的熔融織構(gòu)生長工藝和/或頂部籽晶方法制備稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材中的后處理方法。后處理是在高壓氧氣氛中進行的，壓力為1-2.5Mpa，溫度為300-700℃。采用高壓氧代替流動氧，在1-2.5Mpa的壓力下成批的處理稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材，不僅明顯的縮短了處理時間，而且大大節(jié)約了氧氣，從而降低了材料的制造成本。
所述的稀土鋇銅氧是以稀土(RE)、鋇(Ba)和銅(Cu)為主元素的多種氧化物超導(dǎo)材料。在REBaCuO中，RE為稀土元素中的一種或多種。其成分大致為REBa2Cu3O7-δ+(0-40mol％)RE2BaCuO5，通常還含有少量的其它元素，如Ag、Pt、Ce、Sn、Zn、B等元素中的一種或幾種。
在本發(fā)明的方法中，后處理的優(yōu)選工藝參數(shù)為所述的后處理中，壓力為1.5-2Mpa，溫度為350-500℃。
后處理的壓力和溫度影響高壓氧處理時間，此外，所處理的超導(dǎo)塊的大小、及數(shù)量的多少也直接影響高壓氧處理時間，因此本發(fā)明對高壓氧處理時間并不作具體的限定，但是高壓氧處理時間一般不低于24小時。
本發(fā)明的稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材料的后處理方法所使用的高壓氧處理裝置，該裝置包括有加熱爐，加熱爐內(nèi)設(shè)有加熱體及封閉的爐腔，爐腔設(shè)有進料口及其密封門，并設(shè)有進氣口及其進氣閥、與溫度控制儀連接的熱電偶、與保護裝置連接的出氣口，該保護裝置為封閉容器，設(shè)有放氣口及其放氣閥、壓力調(diào)節(jié)器。采用該裝置進行稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理，在高壓氧的情況下，氧氣可以均勻地充滿整個腔體，從而增加了超導(dǎo)塊的處理量，進一步降低制造成本。這種帶有保護裝置的高壓氧處理裝置為第一種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置。
在本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置中，所述的加熱爐爐腔設(shè)有壓力表。
在本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置中，所述的保護裝置設(shè)有安全閥。
在本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置中，所述進氣閥通過減壓器與氧氣瓶連接。進氣閥也可以通過減壓器與其它的制氧設(shè)備連接。
在上述的第一種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置中，壓力調(diào)節(jié)器、放氣口及其放氣閥是設(shè)在保護裝置上，也可以不采用保護裝置，將壓力調(diào)節(jié)器、放氣口及其放氣閥直接設(shè)在爐腔上，這種不帶保護裝置的為第二種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置，其結(jié)構(gòu)如下該裝置包括有加熱爐，加熱爐內(nèi)設(shè)有加熱體及封閉的爐腔，爐腔設(shè)有進料口及其密封門，并設(shè)有進氣口及其進氣閥、與溫度控制儀連接的熱電偶、放氣口及其放氣閥、壓力調(diào)節(jié)器。
在本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置中，所述的加熱爐爐腔設(shè)有壓力表。
在本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置中，所述的加熱爐爐腔設(shè)有安全閥。
在本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)的高壓氧處理裝置中，所述進氣閥通過減壓器與氧氣瓶連接。
實施例1
如

圖1所示，22塊30mm直徑的YBaCuO大疇超導(dǎo)塊分2層放在用不銹鋼制成的樣品架上送入爐腔9的均溫區(qū)中，并密封爐腔，調(diào)整進氣閥2至1.1Mpa，調(diào)整壓力調(diào)節(jié)器7至1.0Mpa；在經(jīng)過3次充放氣后，將壓力給定在1.0Mpa，并關(guān)閉進氣閥和氧氣瓶；打開溫控儀，設(shè)定程序以200℃/小時的速率升溫至470℃(此時爐腔內(nèi)壓力指示隨溫度的升高而增加，在470℃時達到2Mpa)，在470℃保溫72小時后爐冷至室溫；打開放氣閥5卸壓，然后打開爐腔的密封門取出超導(dǎo)塊。
X射線衍射結(jié)果證實超導(dǎo)塊的結(jié)構(gòu)從四方相轉(zhuǎn)變成正交相。超導(dǎo)性能測試結(jié)果表明臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc達到91K，77K溫度下的臨界磁化電流密度Jcm達到104A/cm2的量級；77K溫度和0.5T磁場下的磁懸浮力在12N/cm2以上。
利用本發(fā)明的裝置，我們進行了超導(dǎo)塊性能與壓力、溫度和時間的關(guān)系的實驗，并與流動氧處理進行了比較。流動氧處理使用的是內(nèi)徑65mm的石英管狀爐。采用SQUID磁強計測量直流磁化強度M與溫度T和外加磁感應(yīng)強度B的關(guān)系。超導(dǎo)材料的起始臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc，onset(Tc)由M-T曲線上的初始轉(zhuǎn)變點確定；臨界磁化電流密度Jcm由M-B的磁滯回線，通過擴展的Bean臨界態(tài)模型Jcm＝30ΔM/d計算得到，式中的ΔM是升場和降場時M的差值，d是超導(dǎo)環(huán)流的尺寸(對于單疇超導(dǎo)塊d等于超導(dǎo)塊的直徑，對于非單疇超導(dǎo)塊d小于超導(dǎo)塊的直徑)。
圖2顯示了經(jīng)高壓氧和流動氧處理的超導(dǎo)塊的臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc和處理時間t的關(guān)系。可以看出，11mm直徑的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊經(jīng)過8天流動氧(壓力為0.1Mpa)處理后，Tc達到了最高值；而在1Mpa壓力的高壓氧條件下，經(jīng)過1天的處理Tc就達到了最高值。圖3顯示了經(jīng)高壓氧和流動氧處理的超導(dǎo)塊的臨界電流密度Jc與處理時間t的關(guān)系。同樣經(jīng)過24小時經(jīng)高壓氧處理超導(dǎo)塊的臨界電流密度明顯的高于經(jīng)流動氧處理的超導(dǎo)塊。
圖4給出了磁懸浮力f0與氧處理時間的關(guān)系。同樣可以看出，對于11mm直徑的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊，達到最大磁浮力所需要的時間隨著氧壓的增高而明顯的縮短了。對1.0Mpa的高壓氧處理和0.1Mpa的流動氧處理，時間分別為40和100小時，而達到的最大磁浮力值相當。
實施例2利用本發(fā)明的裝置，對直徑30mm YBaCuO單疇超導(dǎo)塊進行后處理，處理溫度470℃，壓力1MPa，時間72小時，處理超導(dǎo)塊的數(shù)量22塊。由表中列出的結(jié)果可以清楚的看出，采用高壓氧處理與流動氧處理相比，氣體節(jié)約了約20倍，所用時間減少到三分之一，處理數(shù)量增加了近3倍。
表1采用流動氧和高壓氧處理30mm直徑Y(jié)BaCuO單疇超導(dǎo)塊的比較

實施例3利用本發(fā)明的裝置，對直徑20mm SmBaCuO大疇超導(dǎo)塊進行了后處理。處理溫度350℃，壓力1MPa，時間40小時。處理后超導(dǎo)塊的Tc達到93K，Jc達到104A/cm2。
本發(fā)明的稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理方法及其使用設(shè)備具有以下優(yōu)點1、對于YBaCuO大疇超導(dǎo)塊，采用高壓氧后處理不僅可以獲得好的超導(dǎo)性能(臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界電流密度和磁懸浮力)，而且明顯縮短了后處理時間。
2、高壓氧處理不僅可以縮短處理時間，而且大大降低了氧氣的消耗，因而降低了材料的制造成本。
3、本發(fā)明不僅適用于YBaCuO大疇超導(dǎo)材料，而且適用于其它RE BaCuO大疇超導(dǎo)材料。
4、本發(fā)明也適用于各種氧化物超導(dǎo)單晶的后處理。
權(quán)利要求
1.一種稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理方法，是采用熔融織構(gòu)生長工藝和頂部籽晶方法制備稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材中的后處理方法，其特征在于后處理是在高壓氧氣氛中進行的，壓力為1-2.5Mpa，溫度為300-700℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理方法，其特征在于所述的后處理中，壓力為1.5-2Mpa，溫度為400-500℃。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的后處理方法所用的高壓氧處理裝置，其特征在于該裝置包括有加熱爐，加熱爐內(nèi)設(shè)有加熱體及封閉的爐腔，爐腔設(shè)有進料口及其密封門，并設(shè)有進氣口及其進氣閥、與溫度控制儀連接的熱電偶、與保護裝置連接的出氣口，該保護裝置為封閉容器，設(shè)有放氣口及其放氣閥、壓力調(diào)節(jié)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓氧處理裝置，其特征在于所述的加熱爐爐腔設(shè)有壓力表。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓氧處理裝置，其特征在于所述的保護裝置設(shè)有安全閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓氧處理裝置，其特征在于所述進氣閥通過減壓器與氧氣瓶連接。
7.一種權(quán)利要求1或2所述的后處理方法所用的高壓氧處理裝置，其特征在于該裝置包括有加熱爐，加熱爐內(nèi)設(shè)有加熱體及封閉的爐腔，爐腔設(shè)有進料口及其密封門，并設(shè)有進氣口及其進氣閥、與溫度控制儀連接的熱電偶、放氣口及其放氣閥、壓力調(diào)節(jié)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓氧處理裝置，其特征在于所述的加熱爐爐腔設(shè)有壓力表。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓氧處理裝置，其特征在于所述的加熱爐爐腔設(shè)有安全閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓氧處理裝置，其特征在于所述進氣閥通過減壓器與氧氣瓶連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材的后處理方法，是采用熔融織構(gòu)生長工藝和頂部籽晶方法制備稀土鋇銅氧大疇超導(dǎo)塊材中的后處理方法，是在高壓氧氣氛中進行的，壓力為1－2.5Mpa，溫度為300－700℃。所用的高壓氧處理裝置，包括有加熱爐，加熱爐內(nèi)設(shè)有加熱體及封閉的爐腔，爐腔設(shè)有進料口及其密封門，并設(shè)有進氣口及其進氣閥、與溫度控制儀連接的熱電偶、與保護裝置連接的出氣口，該保護裝置為封閉容器，設(shè)有放氣口及其放氣閥、壓力調(diào)節(jié)器。采用本發(fā)明的方法不僅可以獲得好的超導(dǎo)性能(臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界電流密度和磁懸浮力)，而且明顯縮短了后處理時間，大大降低了氧氣的消耗，因而降低了材料的制造成本。該高壓氧處理裝置高效、安全。
文檔編號C30B29/22GK1472368SQ0212587
公開日2004年2月4日 申請日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者肖玲, 任洪濤, 焦玉磊, 鄭明輝, 肖 玲 申請人:北京有色金屬研究總院