專利名稱：基于雙層碳化硅支架批量生長(zhǎng)rebco高溫超導(dǎo)塊體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)材料的制備方法，尤其涉及一種批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)體最早是在1911年的時(shí)候被發(fā)現(xiàn)的，它具有兩個(gè)主要特性零電阻以及完全抗磁性。這些奇特的性質(zhì)使它在很多領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力，例如，在電力工業(yè)中用超導(dǎo)電纜可實(shí)現(xiàn)無損耗輸電，超導(dǎo)電機(jī)可突破常規(guī)發(fā)電機(jī)的極限容量；用超導(dǎo)線圈制成的超導(dǎo)磁體不僅體積小、重量輕、而且損耗小、所需的勵(lì)磁功率小，可獲得強(qiáng)磁場(chǎng)。但是其極低的溫度使其應(yīng)用受到了極大的限制，因此研制具有較高臨界溫度的超導(dǎo)體成為熱點(diǎn)。
臨界溫度在液氮溫度(77K)以上的超導(dǎo)體被稱為高溫超導(dǎo)體。液氮溫度以上的超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，使得普通的物理實(shí)驗(yàn)室具備了進(jìn)行超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的條件。目前，高溫超導(dǎo)體包括四大類90K的稀土系、IIOK的鉍系、125Κ的鉈系和135Κ的汞系。其中，由于REBa2Cu3Ox(簡(jiǎn)稱REBCO、RE123、稀土鋇銅氧，其中RE代表稀土元素)超導(dǎo)體的完全抗磁性和高凍結(jié)磁場(chǎng)等特性，REBCO超導(dǎo)塊材在諸如磁懸浮力、磁性軸承、飛輪儲(chǔ)能和永磁體等方面有許多潛在的應(yīng)用。而作為應(yīng)用的必然前提，具有大尺寸和高性能的REBCO塊材制備是必須要解決的問題。目前，頂部籽晶熔融織構(gòu)法(TSMTG)被普遍認(rèn)為是一種極具潛力的REBCO高溫超導(dǎo)塊體材料制備方法。在該生長(zhǎng)過程中，單籽晶被放置在REBCO前驅(qū)體的上表面中心，作為唯一的形核點(diǎn)誘導(dǎo)REBCO塊體按照籽晶取向定向凝固生長(zhǎng)，最終形成單一c軸取向的單疇超導(dǎo)塊材。但是，實(shí)際制備過程中高昂的成本和較高的失敗率，在一定程度上限制了 REBCO塊材的實(shí)際應(yīng)用。因此，充分利用生長(zhǎng)爐的爐膛空間，批量生長(zhǎng)REBCO塊材作為一個(gè)熱門的研究課題。目前世界上進(jìn)行這項(xiàng)研究的小組主要是使用六面控溫的晶體生長(zhǎng)爐。該生長(zhǎng)爐的爐膛的六面環(huán)繞加熱電阻絲，并且使用多套熱電偶進(jìn)行控溫，最終實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)的均勻溫度分布，以批量生長(zhǎng)REBCO塊材。然而，該類型的晶體生長(zhǎng)爐在設(shè)計(jì)、制作和工作上的苛刻要求勢(shì)必會(huì)增加批量生長(zhǎng)REBCO塊材的成本。因此，在傳統(tǒng)低成本的單一底部加熱的生長(zhǎng)爐(馬弗爐)中，利用其垂直溫度梯度大以及縱向爐膛空間的特征，探索一種多層放置前驅(qū)體并制備REBCO塊材是十分有價(jià)值的。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，實(shí)現(xiàn)在單一底部加熱、單一熱電偶控溫的生長(zhǎng)爐中批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，通過在生長(zhǎng)爐中放置具有上、下兩層擱板的碳化硅支架，以及利用利用NdBCO/MgO薄膜作為籽晶，實(shí)現(xiàn)了批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其特征在于，在底部加熱的生長(zhǎng)爐中放置具有上、下兩層擱板的支架；制作多個(gè)前驅(qū)體和小前驅(qū)體，將所述多個(gè)前驅(qū)體分別放置在所述兩層擱板上，所述上層擱板上的前驅(qū)體的上表面放置有C軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶，所述下層擱板上的前驅(qū)體的上表面放置有所述小前驅(qū)體，所述小前驅(qū)體的上表面放置有c軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶；進(jìn)行熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)以得到多個(gè)REBCO超導(dǎo)塊體。進(jìn)一步地，制作所述前驅(qū)體和所述小前驅(qū)體的步驟為第一步、按照RE : Ba : Cu = I : 2 : 3 和 RE : Ba : Cu = 2 : I I 的比例將RE203、BaCO3和CuO粉末混合以獲得RE123相和RE211相的粉料；第二步、將所述RE123相和所述RE211相的粉料研磨、燒結(jié)三次以獲得所述RE123相和所述RE211相的粉末；
第三步、將所述RE123相和所述RE211相的粉末按照RE123+30mol% RE211+lwt%CeO2的組分碾磨、混合后，壓制形成多個(gè)圓柱形的所述前驅(qū)體和所述小前驅(qū)體；所述小前驅(qū)體的直徑小于所述前驅(qū)體的直徑，所述小前驅(qū)體的高度小于所述前驅(qū)體的高度。進(jìn)一步地，所述燒結(jié)的工藝條件是空氣氣氛下、燒結(jié)溫度為900°C以及燒結(jié)時(shí)間為48小時(shí)。進(jìn)一步地,所述上層擱板上的前驅(qū)體的所述上表面接觸所述NdBCO/MgO薄膜的ab面，所述小前驅(qū)體的所述上表面接觸所述NdBCO/MgO薄膜的ab面。進(jìn)一步地，所述支架的材料為碳化硅。進(jìn)一步地，所述上層擱板和所述下層擱板之間的距離可調(diào)。進(jìn)一步地，進(jìn)行所述熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的所述生長(zhǎng)爐的溫度程序?yàn)閺氖覝亻_始經(jīng)過5小時(shí)以第一升溫速率升溫至950°C、保溫4小時(shí)、以第二升溫速率升溫至最高溫度Tmax、保溫I 2小時(shí)、以第一降溫速率降溫至第一溫度！\、以第二降溫速率降溫至第二溫度T2、隨爐冷卻。進(jìn)一步地,所述RE是Y、Gd、Sm或Nd。進(jìn)一步地，當(dāng)RE是Y時(shí)，所述最高溫度Tmax為1095°C，所述第一溫度T1為1010°C，所述第二溫度T2為970°C，所述第一升溫速率為190°C /h,所述第二升溫速率為72. 5°C /h,所述第一降溫速率為170°C /h，所述第二降溫速率為1°C /h。在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，采用本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法在單一底部加熱、單一熱電偶控溫的生長(zhǎng)爐中通過頂部籽晶熔融織構(gòu)法批量生長(zhǎng)了 YBCO超導(dǎo)塊體。準(zhǔn)備具有上、下兩層擱板的碳化硅材料的支架以待放置于生長(zhǎng)爐中。其中，支架的上層擱板和下層擱板之間的距離可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)兩者之間的距離，使下層擱板處的溫度比上層擱板處的溫度高15°C。制備六個(gè)直徑為20mm、高度為8mm的圓柱形的前驅(qū)體以及三個(gè)直徑為5mm、高度為2mm的圓柱形的小前驅(qū)體。將三個(gè)前驅(qū)體放置在支架的上層擱板上，將三個(gè)前驅(qū)體放置在支架的下層擱板上，并將三個(gè)小前驅(qū)體分別放置在下層擱板上的三個(gè)前驅(qū)體上。使用六個(gè)尺寸為I. 5mmX I. 5mmX0. 5mm的c軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶，將它們分別放置在上層擱板上的三個(gè)前驅(qū)體以及下層擱板上的三個(gè)小前驅(qū)體的上表面的中心位置處。在完成前驅(qū)體、小前驅(qū)體及籽晶的放置后，將支架放置到生長(zhǎng)爐中，進(jìn)行熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)YBCO超導(dǎo)塊體。生長(zhǎng)爐的溫度程序設(shè)定為從室溫開始經(jīng)過5小時(shí)升溫至950°C、保溫4小時(shí)、繼續(xù)加熱，經(jīng)過2小時(shí)升溫至1095°C、保溫2個(gè)小時(shí)、在30分鐘內(nèi)將溫度降低至1010°C、然后以每小時(shí)1°C的速率降溫40小時(shí)。由此可見，本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法通過在單一底部加熱的生長(zhǎng)爐中放置入具有上、下兩層擱板的碳化硅材料的支架，可以在一個(gè)生長(zhǎng)爐中同時(shí)對(duì)上、下兩層擱板上的前驅(qū)體進(jìn)行熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體，由此實(shí)現(xiàn)了雙層批量生產(chǎn)REBCO超導(dǎo)塊材，這樣本發(fā)明充分地利用了生長(zhǎng)爐爐膛內(nèi)部的空間，降低了生產(chǎn)成本。另外，本發(fā)明使用了在高溫下可耐受較長(zhǎng)時(shí)間的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶，并在下層擱板的REBCO超導(dǎo)塊體的前驅(qū)體上放置小前驅(qū)體，適應(yīng)于生長(zhǎng)爐內(nèi)縱向得溫度梯度造成的上層擱板的REBCO超導(dǎo)塊體的優(yōu)先生長(zhǎng)及下層擱板的REBCO超導(dǎo)塊體的延后生長(zhǎng)，這樣，通過本發(fā)明批量生長(zhǎng)的REBCO超導(dǎo)塊體都能生長(zhǎng)良好，且其性質(zhì)均一、穩(wěn)定。因此，本發(fā)明為REBCO超導(dǎo)塊體材料的大規(guī)模的應(yīng)用提供了一項(xiàng)有力的技術(shù)支持。以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖I是本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法中使用的具有上、下兩層擱板的支架，圖中顯示了放置在上、下兩層擱板上的前驅(qū)體、小前驅(qū)體和籽晶。圖2是本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法中的熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的溫度程序的示意圖。圖3是通過本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法制備得到的YBCO超導(dǎo)塊體(上層擱板上的)的照片。圖4是通過本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法制備得到的YBCO超導(dǎo)塊體(下層擱板上的)的照片。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法在單一底部加熱、單一熱電偶控溫的生長(zhǎng)爐中通過頂部籽晶熔融織構(gòu)法批量生長(zhǎng)了 YBCO超導(dǎo)塊體。本實(shí)施例采用的生長(zhǎng)爐是傳統(tǒng)的底部加熱的馬弗爐，如圖I所示，在該生長(zhǎng)爐中放置具有兩層擱板的支架10。支架10的材料為碳化硅，支架10的上層擱板11和下層擱板12皆為碳化硅板。其中，上層擱板11和下層擱板12之間的距離可以調(diào)節(jié)。需要說明的是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以使用其它的耐高溫材料制備支架10 ;并且支架10的擱板的個(gè)數(shù)、尺寸以及形狀可以根據(jù)容納它的生長(zhǎng)爐的爐膛的尺寸設(shè)定。由于底部加熱的生長(zhǎng)爐的爐膛內(nèi)的溫度存在縱向的梯度分布，即在垂直方向上，爐膛內(nèi)離開生長(zhǎng)爐的底部越遠(yuǎn)的部分的溫度越低，因此放置在該生長(zhǎng)爐內(nèi)的支架10的上層擱板11處的溫度和下層擱板12處的溫度是不同的。本實(shí)施例中調(diào)節(jié)支架10的上層擱板11和下層擱板12之間的距離，使下層擱板12處的溫度比上層擱板11處的溫度高15°C。這可以在上層擱板11和下層擱板12所在位置放置熱電偶進(jìn)行測(cè)量，通過測(cè)量的溫度調(diào)節(jié)上層擱板11和下層擱板12之間的距離實(shí)現(xiàn)。
完成上層擱板11和下層擱板12之間的距離調(diào)節(jié)后，可以將支架10從生長(zhǎng)爐中取出，分別在上層擱板11和下層擱板12上放置所需制備的YBCO超導(dǎo)塊體的前驅(qū)體。如圖I所示，上層擱板11上放置有前驅(qū)體21，下層擱板12上放置有前驅(qū)體22。前驅(qū)體21的上表面放置有籽晶41，前驅(qū)體22的上表面放置有小前驅(qū)體32，小前驅(qū)體的上表面放置有籽晶42。需要說明的是，圖I顯示的上層擱板11及下層擱板12上各放置了一個(gè)前驅(qū)體，但是在實(shí)際使用中，上層擱板11和下層擱板12上放置的前驅(qū)體的個(gè)數(shù)可以由實(shí)際需要確定，例如本實(shí)施例中每層擱板上各放置三個(gè)前驅(qū)體。前驅(qū)體21、前驅(qū)體22和小前驅(qū)體32由相同的材料制備得到，其中前驅(qū)體21和前驅(qū)體22是形狀相同的圓柱形，小前驅(qū)體32也是圓柱形的，但其高度及直徑皆小于前驅(qū)體2U22的高度及直徑。制作前驅(qū)體和小前驅(qū)體的步驟如下第一步、按照Y : Ba : Cu = I : 2 : 3 和 Y : Ba : Cu = 2 : I I 的比例將Y2O3> BaCO3和CuO粉末混合以獲得Y123相和Y211相的粉料。
在第一步中，首先取用Y203、BaC0dPCu0三種粉末，按照Y Ba Cu = I 2 3比例將這三種粉末混合以配制Y123相的粉料，按照Y Ba Cu = 2 I I的比例將這三種粉末混合以配制Y211相的粉料。第二步、將Y123相和Y211相的粉料研磨、燒結(jié)三次以獲得Y123相和Y211相的粉末。在第二步中，將經(jīng)過第一步得到的Y123相的粉料充分地研磨均勻，在空氣氣氛下、在900°C的燒結(jié)溫度燒結(jié)該Y123相的粉料48小時(shí)，重復(fù)上述的研磨、燒結(jié)工藝三次獲得Y123相的粉末；將經(jīng)過第一步得到的Y211相的粉料充分地研磨均勻，在空氣氣氛下、在900°C的燒結(jié)溫度燒結(jié)該Y211相的粉料48小時(shí)，重復(fù)上述的研磨、燒結(jié)工藝三次獲得Y211相的粉末。第三步、將上述Y123相和Y211相的粉末按照Y123+30mol% Y211+lwt% CeO2的組分碾磨、混合后，壓制成圓柱形，得到前驅(qū)體和小前驅(qū)體。在第三步中，將經(jīng)過第二步得到的Y123相的粉末和Y211相的粉末按照Y123+30mol%Y211+lwt% CeO2的組分配料、碾磨、混合后，壓制成圓柱形的前驅(qū)體。其中，按上述組分配料計(jì)60g，充分碾磨均勻后得到混合料并壓制成為六個(gè)直徑為20mm、高度為8mm的圓柱形的前驅(qū)體，如前驅(qū)體21、22 ;另外，按上述組分配料計(jì)O. 45g，充分碾磨均勻后得到混合料并壓制成為三個(gè)直徑為5_、高度為2_的圓柱形的小前驅(qū)體，如小前驅(qū)體32。將三個(gè)前驅(qū)體放置在支架10的上層擱板11上(如前驅(qū)體21放置在上層擱板11上)，將三個(gè)前驅(qū)體放置在支架10的下層擱板12上(如前驅(qū)體22放置下層擱板12上)，并將三個(gè)小前驅(qū)體分別放置在下層擱板12上的三個(gè)前驅(qū)體上(如小前驅(qū)體32放置在前驅(qū)體22上)。本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法使用c軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶。本實(shí)施例中取用的是六個(gè)尺寸為I. 5mmX I. 5mmXO. 5mm的NdBCO/MgO薄膜,可以通過取用厚度為O. 5mm的c軸取向的NdBCO/MgO薄膜進(jìn)行剪切獲得。其中，薄膜的表面為其a、b軸確定的面(ab面)。將三個(gè)上述的NdBCO/MgO薄膜分別放置在上層擱板11上的三個(gè)前驅(qū)體上表面上，較佳地放置在前驅(qū)體的上表面的中心位置處，NdBCO/MgO薄膜的ab面與前驅(qū)體的上表面相接觸。如圖I中的NdBCO/MgO薄膜41放置在前驅(qū)體21的上表面的中心位置處，NdBCO/MgO薄膜41的ab面與前驅(qū)體21的上表面相接觸。將另外三個(gè)上述的NdBCO/MgO薄膜分別放置在下層擱板12上的三個(gè)小前驅(qū)體上表面上，較佳地放置在前驅(qū)體的上表面的中心位置處，NdBCO/MgO薄膜的ab面與前驅(qū)體的上表面相接觸。如圖I中的NdBCO/MgO薄膜42放置在小前驅(qū)體32的上表面的中心位置處，NdBCO/MgO薄膜42的ab面與小前驅(qū)體32的上表面相接觸。需要說明的是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以先將六個(gè)NdBCO/MgO薄膜分別放置在三個(gè)前驅(qū)體和三個(gè)小前驅(qū)體上，再將這三個(gè)小前驅(qū)體放置在另外三個(gè)前驅(qū)體上，然后將這六個(gè)前驅(qū)體(包括其上的小前驅(qū)體和籽晶)分別放置到支架10的上、下層擱板11、12上。在完成前驅(qū)體、小前驅(qū)體及籽晶的放置后，將支架10放置到生長(zhǎng)爐中，并將生長(zhǎng)爐內(nèi)的熱電偶放置在上、下層擱板11、12上的兩層前驅(qū)體之間。在控溫程序?qū)ιL(zhǎng)爐調(diào)節(jié)溫度時(shí)，以該熱電偶測(cè)得的溫度作為生長(zhǎng)爐內(nèi)的溫度。如前所述，底部加熱的生長(zhǎng)爐的爐膛內(nèi)的溫度存在縱向的梯度分布，因此，熱電偶測(cè)得的溫度并不是上、下層擱板U、12上的前驅(qū)體的實(shí)際溫度。如圖2所示，熱電偶測(cè)得的溫度Tpm低于下層擱板12上的前驅(qū)體的實(shí)際溫度Tbtrt,高于上層擱板11上的前驅(qū)體的實(shí)際溫度Tttjp。例如，可以通過細(xì)調(diào)熱電偶的位置，使 Tbot-Tpre = Tpre-Ttop = 7. 5°C。 如圖2中的溫度Tpm的曲線所示，本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法使用的熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)YBCO超導(dǎo)塊體的溫度程序?yàn)閺氖覝亻_始經(jīng)過5小時(shí)以第一升溫速率升溫至950°C、保溫4小時(shí)、以第二升溫速率升溫至最高溫度Tmax、保溫I 2小時(shí)、以第一降溫速率降溫至第一溫度T1、以第二降溫速率降溫至第二溫度T2、隨爐冷卻(未圖示)。圖2中的溫度Tp為REBCO超導(dǎo)材料的包晶反應(yīng)溫度，對(duì)于本實(shí)施例的YBCO超導(dǎo)塊體，溫度Tp為1003°C。當(dāng)前驅(qū)體的溫度降低到溫度Tp，YBCO超導(dǎo)塊材就開始生長(zhǎng)。如前所述，由于本發(fā)明使用的生長(zhǎng)爐中的下層擱板12上的前驅(qū)體的實(shí)際溫度Ttot和上層擱板11上的前驅(qū)體的實(shí)際溫度Tttjp并不等于生長(zhǎng)爐的溫度(即熱電偶測(cè)得的溫度Tpre)，因此在設(shè)定生長(zhǎng)爐的溫度程序時(shí)需要計(jì)入它們之間的溫差。在本實(shí)施例中，將生長(zhǎng)爐的溫度程序設(shè)定為從室溫開始經(jīng)過5小時(shí)升溫至950°C、保溫4小時(shí)、繼續(xù)加熱，經(jīng)過2小時(shí)升溫至1095°C、保溫2個(gè)小時(shí)、在30分鐘內(nèi)將溫度降低至1010°C、然后以每小時(shí)1°C的速率降溫40小時(shí)。即設(shè)定最高溫度Tmax為1095°C，第一溫度T1為1010°C，第二溫度T2為970°C，第一升溫速率為190°C /h，第二升溫速率為72. 5°C /h，第一降溫速率為170°C /h，第二降溫速率為1°C /h。這樣，由圖2可見，由于下層擱板12上的前驅(qū)體的實(shí)際溫度Tbtrt高于上層擱板11上的前驅(qū)體的實(shí)際溫度Τ_，在生長(zhǎng)爐內(nèi)的溫度從Tniax下降的過程中，上層擱板11上的前驅(qū)體先到達(dá)包晶反應(yīng)溫度Τρ，因此其先開始生長(zhǎng)，而下層擱板12上的前驅(qū)體需要經(jīng)過一段時(shí)間后才能達(dá)到包晶反應(yīng)溫度Τρ，因此其開始生長(zhǎng)的時(shí)刻將落后一段時(shí)間。即本發(fā)明的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法生長(zhǎng)上、下兩層擱板上的REBCO超導(dǎo)塊體時(shí)，采用的是上層擱板的REBCO超導(dǎo)塊體優(yōu)先生長(zhǎng)、下層擱板的REBCO超導(dǎo)塊體延后生長(zhǎng)的策略，由此本發(fā)明使用了在高溫下可耐受較長(zhǎng)時(shí)間的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶，并在下層擱板的REBCO超導(dǎo)塊體的前驅(qū)體上放置小前驅(qū)體來提高籽晶可耐受的最高溫度，從而盡可能的提高生長(zhǎng)過程中的Tmax。這是因?yàn)樵诔瑢?dǎo)塊體的生長(zhǎng)過程中，Tmax的作用非常顯著，越高的Tmax越有利于消除自發(fā)形核和增加生長(zhǎng)窗口。
本實(shí)施例中獲得的YBCO超導(dǎo)塊材的上表面結(jié)晶形貌如圖3和4所示，其中圖3顯示的是由上層擱板11上的前驅(qū)體生長(zhǎng)得到的YBCO超導(dǎo)塊材，圖4顯示的是由下層擱板12上的前驅(qū)體生長(zhǎng)得到的YBCO超導(dǎo)塊材?？梢钥闯?，這些YBCO超導(dǎo)塊材表面形貌完整。另外，它們的X射線衍射圖譜(XRD)顯示為純(001)峰，表明它們皆為純c軸取向。磁懸浮力測(cè)試表明，上層擱板11上的前驅(qū)體生長(zhǎng)得到的YBCO超導(dǎo)塊材的平均最大磁懸浮力為19. 6N，下層擱板12上的前驅(qū)體生長(zhǎng)得到的YBCO超導(dǎo)塊材的平均最大磁懸浮力為20. 6N，兩者性能相仿，表明應(yīng)用本發(fā)明批量生產(chǎn)的REBCO超導(dǎo)塊體的性質(zhì)均一、穩(wěn)定。
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其特征在于，在底部加熱的生長(zhǎng)爐中放置具有上、下兩層擱板的支架；制作多個(gè)前驅(qū)體和小前驅(qū)體，將所述多個(gè)前驅(qū)體分別放置在所述兩層擱板上，所述上層擱板上的前驅(qū)體的上表面放置有c軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶，所述下層擱板上的前驅(qū)體的上表面放置有所述小前驅(qū)體，所述小前驅(qū)體的上表面放置有c軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶；進(jìn)行熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)以得到多個(gè)REBCO超導(dǎo)塊體。
2.如權(quán)利要求I所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中制作所述前驅(qū)體和所述小前驅(qū)體的步驟為第一步、按照 RE : Ba : Cu = I : 2 : 3 和 RE : Ba : Cu = 2 : I : I 的比例將RE2O3、BaCO3和CuO粉末混合以獲得RE 123相和RE211相的粉料；第二步、將所述RE123相和所述RE211相的粉料研磨、燒結(jié)三次以獲得所述RE123相和所述RE211相的粉末；第三步、將所述RE123相和所述RE211相的粉末按照RE123+30mol % RE211+lwt% CeO2的組分碾磨、混合后，壓制形成多個(gè)圓柱形的所述前驅(qū)體和所述小前驅(qū)體。
3.如權(quán)利要求2所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中所述燒結(jié)的工藝條件是空氣氣氛下、燒結(jié)溫度為900°C以及燒結(jié)時(shí)間為48小時(shí)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中所述上層擱板上的前驅(qū)體的所述上表面接觸所述NdBCO/MgO薄膜的ab面，所述小前驅(qū)體的所述上表面接觸所述NdBCO/MgO薄膜的ab面。
5.如權(quán)利要求4所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中所述支架的材料為碳化硅。
6.如權(quán)利要求5所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中所述上層擱板和所述下層擱板之間的距離可調(diào)。
7.如權(quán)利要求6所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中進(jìn)行所述熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的所述生長(zhǎng)爐的溫度程序?yàn)閺氖覝亻_始經(jīng)過5小時(shí)以第一升溫速率升溫至950°C、保溫4小時(shí)、以第二升溫速率升溫至最高溫度(Tmax)、保溫I 2小時(shí)、以第一降溫速率降溫至第一溫度0\)、以第二降溫速率降溫至第二溫度(T2)、隨爐冷卻。
8.如權(quán)利要求8所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中所述RE是Y、Gd、Sm或Nd。
9.如權(quán)利要求9所述的批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，其中當(dāng)RE是Y時(shí)，所述最高溫度(Tmax)為1095°C，所述第一溫度(T1)為1010°C，所述第二溫度(T2)為970°C，所述第一升溫速率為190°C /h，所述第二升溫速率為72. 5°C /h，所述第一降溫速率為170°C /h，所述第二降溫速率為1°C /h。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種批量生長(zhǎng)REBCO超導(dǎo)塊體的方法，在底部加熱的生長(zhǎng)爐中放置具有上、下兩層擱板的支架；制作多個(gè)前驅(qū)體和小前驅(qū)體，將多個(gè)前驅(qū)體分別放置在兩層擱板上，其中，上層擱板上的前驅(qū)體的上表面放置有c軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶，下層擱板上的前驅(qū)體的上表面放置有小前驅(qū)體，小前驅(qū)體的上表面放置有c軸取向的NdBCO/MgO薄膜作為籽晶；進(jìn)行熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)以得到多個(gè)REBCO超導(dǎo)塊體。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了雙層批量生產(chǎn)REBCO超導(dǎo)塊材，充分地利用了生長(zhǎng)爐內(nèi)部的空間，降低了生產(chǎn)成本。并且，本發(fā)明批量生長(zhǎng)的REBCO超導(dǎo)塊體生長(zhǎng)良好，具有均一、穩(wěn)定的性質(zhì)。
文檔編號(hào)C30B29/22GK102925985SQ20121035279
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者姚忻, 于德京, 程玲, 彭波南, 許恒恒 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)