專利名稱：一種降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料及其摻雜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低單疇釔鋇銅氧(YBaCuO)超導(dǎo)塊成本的方法。
背景技術(shù)：
YBaCuO超導(dǎo)塊的成份以YBa2Cii307.y超導(dǎo)相(123相)為主，添加一 定量的Y2BaCuO^非超導(dǎo)相(211相)。添加非超導(dǎo)的211相的主要目的 是防止單疇超導(dǎo)塊生長過程中液相的流失。YBaCuO超導(dǎo)塊通過包晶反應(yīng) 生成c軸擇優(yōu)取向的晶體結(jié)構(gòu)，最終產(chǎn)物中具有大量顆粒狀的2U相被俘 獲在層狀123相基體中的特征。大量工藝研究的結(jié)果證實(shí)，細(xì)小的211相 顆粒彌散分布在123相基體中可以增加超導(dǎo)材料的磁通釘扎能力，從而提 高超導(dǎo)材料的性能。通常細(xì)化211相顆粒的方法是在YBaCuO的先驅(qū)粉末 中摻雜0.2 wty。 0.5wtM的鉑粉(Pt)。由于Pt是價格昂貴的貴金屬元素， Pt的摻雜增加了 YBaCuO超導(dǎo)塊的原材料成本。使用廉價的Ce02替代Pt 有細(xì)化211相顆粒和提高性能的作用，但總體效果不如Pt。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料， 該摻雜材料價格低廉，可以代替貴金屬Pt，并不降低低單疇釔鋇銅氧 (YBaCuO)超導(dǎo)塊材料性能。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的 摻雜材料的方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用廉價材料替代貴金屬Pt的摻雜，降 低單疇釔鋇銅氧(YBaCuO)超導(dǎo)塊原材料成本的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案
一種降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料，該摻雜材料的化學(xué)式 為BaCe,.xGdx03，其中，0^x^0.2。
一種制備降低單疇YBaCu0超導(dǎo)塊成本的慘雜材料的方法，將BaC0:,、 Ce02和Gd203粉按Ba: Ce: Gd=l: l-x: x配比，其中，0蕓x蕓0.2，充分混合均勻后經(jīng)140(TC 150(TC焙燒5 10小時，反應(yīng)生成BaCei.xGdx03 摻雜材料，其中，0^x^0.2。
一種降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料的摻雜方法，將 BaCe|.xGdx03按相對于YL8Ba2.4Cii3.40y先驅(qū)粉的0.25wt。/。 1.00wt。/。的比例 加入該YLsBa2.4Cu3.40y先驅(qū)粉末中，在BaCe^G403中，0^x^0.2，經(jīng)球 磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長工藝 (TSMTG)生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊。
在BaCe^Gdx03中，0^x^0.2，且其相對于YuBa2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉的 添加比例范圍為0.25wt% 1.00wt%，在上述范圍中能夠取得好效果，超出 此范圍會引起性能的下降。
本發(fā)明所采用的球磨混合、單軸模壓成型、頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生 長工藝(TSMTG)均為公知工藝。
采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長工藝(TSMTG)，其中，TSMTG是 頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長工藝英文Top Seeded Melt Textured Growth的 縮寫。本發(fā)明采用BaCei.xGdx03替代Pt摻雜在YBaCuO先驅(qū)粉中，采用 頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長工藝(TSMTG)的工藝參數(shù)沒有變化。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明用廉價的BaCei.xGdx03 (0^x^0.2)替代貴 金屬Pt摻雜在YBaCuO先驅(qū)粉中制備單疇YBaCuO超導(dǎo)塊，在不降低材 料性能的前提下達(dá)到了降低單疇超導(dǎo)塊成本的目的。


圖1為不同成分YBaCuO單疇超導(dǎo)塊磁浮力F與懸浮間隙D之間的 關(guān)系圖。其中A是未摻雜超導(dǎo)塊，B是摻0.2 wtQ/。Pt的超導(dǎo)塊，C是摻雜 0.5 wt°/。BaCe3的超導(dǎo)塊，D是摻雜0.5 wt%BaCea9Gdai03的超導(dǎo)塊，E是 摻雜0.5 wt%BaCea8Gda203的超導(dǎo)塊。
具體實(shí)施例方式
BaC03、 Ce02和Gd203粉按Ba: Ce: Gd = 1: 1-x: x (0^x^0.2) 配比，充分混合均勻后經(jīng)140(TC 150(TC焙燒5~10小時，反應(yīng)生成 BaCei.xGdx03相。將BaCei.xGdx03按相對于YLsBa2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉的 0.25wt% 1.00wt%的比例加入YLsBa2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉末中，在 BaCe,.xG403中，0^x^0.2，放入瑪瑙罐中用瑪瑙球研磨。按300-400目 研磨粒度配球，球料重量比約為l: 1.2，研磨時間約4小時。經(jīng)球磨混合均勻后，用150MPa的壓強(qiáng)單軸模壓成型。再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu) 生長工藝(Top Seeded Melt Textured Growth,縮寫為TSMTG工藝)生成 單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊。TSMTG工藝過程和具體參數(shù)如下將c軸 取向的SmBaCuO或N犯aCuO小晶體放在模壓成型的圓柱狀YBaCuO塊 的頂表面中心位置，保持其c軸與園柱狀材料的對稱軸平行。將帶有籽晶 的成型塊放入加熱爐中，以250°C ~ 35(TC/小時的速率快速升溫至1050 °C±5°C，保溫1 2小時后以400°C 600tV小時的速率快速降溫至1010 °C 1015°C，再以0.3 0.5 。C/小時的速率緩慢降溫至975。C土5。C，然 后以100 20(TC/小時的速率冷卻到室溫，使YBaCuO塊經(jīng)歷部分熔化后 再凝固的過程，生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊。
實(shí)施例l
BaC03、Ce02粉按Ba:Ce- 1: 1酉己比，充分混合均勻后經(jīng)1400°C~1500 匸焙燒5 10小時，生成BaCe03相。將BaCe03粉按相對于YLsBa^Ci^Oy 先驅(qū)粉的0.25wt%， 0.50wt。/。和1.00wt。/。的比例加入YuBa2.4Cu3.40y先驅(qū)粉 末中，經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織 構(gòu)生長工藝(TSMTG)生成三種不同成分的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊。
從上述三種不同成分的單疇超導(dǎo)塊上取樣，分別測量其在77K溫度下 的臨界電流密度")，其中摻雜0.50wt。/。 BaCe03的樣品效果最好，^比 未摻雜樣品大幅度提高，達(dá)到摻0.2wt。/。Pt樣品的同等水平，摻雜0.25wt。/0 和1.00 wt%BaCe03的樣品^雖然也比未摻雜樣品提高，但低于摻0.2wt%Pt 樣品的水平。
測量了直徑30 mm厚17 mm摻雜0.50wt% BaCe03的單疇超導(dǎo)塊的磁 浮力性能。最大磁浮力達(dá)到103 N，明顯高于同等尺寸的未摻雜單疇超導(dǎo) 塊，與摻雜0.2wtn/。Pt粉的單疇超導(dǎo)塊相當(dāng)(見圖1)。在圖1中，摻雜0.5 wt%BaCe3的超導(dǎo)塊的C曲線，與摻0.2 wt%Pt的超導(dǎo)塊的B曲線相當(dāng)， 但明顯高于同等尺寸的未摻雜單疇超導(dǎo)塊的A曲線。
實(shí)施例2
BaC03、 Ce02禾口 Gd203粉按Ba: Ce: Gd-h 1-x: x (x = 0.1， 0.2) 配比，充分混合均勻后經(jīng)1400。C 1500。C焙燒5-10小時，生成BaCe^G《03 相。將BaCeLxGdx03粉按相對于YuBa2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉的0.50wt。/。的比例 加入YL8Ba2.4CU3.40y先驅(qū)粉末中，經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，
5再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長工藝(TSMTG)生成單疇YBaCuO超 導(dǎo)塊。
分別測量了直徑30 mm厚17 mm摻雜0.50wt% BaCefl.9Gdai03 (x = 0.1)和摻雜0.50wt。/。BaCeo.8Gdo.203 (x=0.2)的單疇超導(dǎo)塊的磁浮力性能。 最大磁浮力分別為105 N和104 N，明顯高于同等尺寸的未摻雜單疇超導(dǎo) 塊，與摻雜0.2wt。/。Pt粉的單疇超導(dǎo)塊相當(dāng)(見圖1)。在圖1中，摻雜0.5 wt。/。BaCeo.9Gdo.,03的超導(dǎo)塊的D曲線、摻雜0.5 wt%BaCea8Gdo.203的超導(dǎo) 塊的E曲線與摻0.2 wt%Pt的超導(dǎo)塊的B曲線相當(dāng)，但明顯高于同等尺寸 的未慘雜單疇超導(dǎo)塊的A曲線。
比較例1
將Y,.8Ba2.4CU3.40y粉末用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織
構(gòu)生長工藝(TSMTG)生成單疇YBaCuO超導(dǎo)塊。
測量了直徑30 mm厚17 mm的單疇超導(dǎo)塊的磁浮力性能。最大磁浮 力為75 N (見圖1)。在圖1中，未摻雜單疇超導(dǎo)塊的A曲線明顯低于同 等尺寸的摻雜0.5 wt%BaCe3的超導(dǎo)塊的C曲線、摻雜0.5 wt°/。BaCeo.9Gdai03的超導(dǎo)塊的D曲線和摻雜0.5 wt%BaCea8Gdo.203的超導(dǎo) 塊的E曲線。
比較例2
將Pt粉按按相對于Y18Ba2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉的0.2wty。的比例加入 YuBa2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉末中，經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采 用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長工藝(TSMTG)生成單疇YBaCuO超導(dǎo)塊。
測量了直徑30 mm厚17 mm摻雜0.2wt%Pt粉的單疇超導(dǎo)塊的磁浮力 性能。最大磁浮力性能為103 N (見圖1)。在圖1中，摻0.2 wt。/。Pt的超 導(dǎo)塊的B曲線與摻雜0.5 wt%BaCe3的超導(dǎo)塊的C曲線、摻雜0.5 wt%BaCeo.9Gdai03的超導(dǎo)塊的D曲線和摻雜0.5 wt%BaCe0.8Gd。.2O3的超導(dǎo) 塊的E曲線相當(dāng)。
權(quán)利要求
1、一種降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料，其特征在于，該摻雜材料的化學(xué)式為BaCe1-xGdxO3，其中，0≦x≦0.2。
2、 一種制備降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料的方法，其特征 在于，將BaC0:,、 Ce02和Gd203粉按Ba: Ce: Gd-l: l-x: x配比，其中， 0^x^0.2，充分混合均勻后經(jīng)1400。C 150(TC焙燒5 10小時，反應(yīng)生成 BaCe^Gdx03摻雜材料，其中，0^x^0.2。
3、 一種降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料的摻雜方法，其特征 在于，將BaCei.xGdx03按相對于YL8Ba2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉的0.25wt% 1.00wt。/。的比例加入該Y,.8Ba2.4Cu3.40y先驅(qū)粉末中，在BaCe^GcM^中，0 Sx^0.2，經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔 融織構(gòu)生長工藝(TSMTG)生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊。
全文摘要
一種降低單疇YBaCuO超導(dǎo)塊成本的摻雜材料及其摻雜方法，該摻雜材料的化學(xué)式為BaCe_1-xGd_xO₃，0≤x≤0.2。將BaCO₃、CeO₂和Gd₂O₃粉按Ba∶Ce∶Gd＝1∶1-x∶x配比，經(jīng)1400℃～1500℃焙燒5～10小時，反應(yīng)生成BaCe_1-xGd_xO₃摻雜材料。將BaCe_1-xGd_xO₃按相對于Y_1.8Ba_2.4Cu_3.4O_y先驅(qū)粉的0.25wt％～1.00wt％的比例加入該Y_1.8Ba_2.4Cu_3.4O_y先驅(qū)粉末中，在BaCe_1-xGd_xO₃中，0≤x≤0.2，球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長工藝生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊。用廉價的BaCe_1-xGd_xO₃替代貴金屬Pt摻雜在YBaCuO先驅(qū)粉中制備單疇YBaCuO超導(dǎo)塊，在不降低材料性能的前提下降低單疇超導(dǎo)塊成本。
文檔編號C04B35/45GK101450858SQ20071017844
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者焦玉磊, 玲 肖, 鄭明輝 申請人:北京有色金屬研究總院