專利名稱：釔鋇銅氧(ybco)超導(dǎo)體的低溫下(t＜960℃)熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法的制作方法
釔鋇銅氧材料(YBa2Cu3OX；又簡(jiǎn)記為YBCO，以下簡(jiǎn)稱為釔系材料)是具有極大應(yīng)用前景的超導(dǎo)體，但使用一般簡(jiǎn)單燒結(jié)法只能得到顆粒狀的產(chǎn)品。這樣的產(chǎn)品有兩個(gè)本質(zhì)性的材料缺陷。第一是該材料非常脆弱，不能彎曲，不能承受機(jī)械沖擊。第二是顆粒間的超導(dǎo)性能較差，造成總體材料的超導(dǎo)性能下降。
現(xiàn)有兩項(xiàng)技術(shù)分別解決以上兩個(gè)問(wèn)題。第一項(xiàng)技術(shù)是使用耐高溫金屬來(lái)加固釔系材料。大量的實(shí)驗(yàn)表明，金屬銀(Ag)是目前唯一可接受的選擇。使用該項(xiàng)技術(shù)可以大大提高釔系材料的機(jī)械性能。但該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用有一個(gè)限制，即制作過(guò)程的操作溫度必須低于銀的融點(diǎn)(960℃)。而且，使用金屬銀雖可提高材料的機(jī)械性能，但不能解決其總體超導(dǎo)性能差的問(wèn)題。第二項(xiàng)技術(shù)是使用熔融織構(gòu)法來(lái)提高釔系材料的總體超導(dǎo)性能[見(jiàn)S，Jin et al，Appl，Phys，Lett，54，584(1989)]。該項(xiàng)技術(shù)的基本要點(diǎn)是首先將釔系材料熔化，然后讓材料在一個(gè)具有溫度梯度的環(huán)境中緩慢冷卻。應(yīng)用該法可以得到層狀分布的材料結(jié)構(gòu)，層與層之間的超導(dǎo)性能有極大的提高，因此總體材料的超導(dǎo)性能優(yōu)良。由于釔系材料的熔點(diǎn)在1015℃以上，一般要求熔融織構(gòu)法的操作溫度在1050℃至1100℃之間，而且用該法制作的產(chǎn)品機(jī)械性能依然非常脆弱。
由此可見(jiàn)，以上兩項(xiàng)技術(shù)雖能分別解決上述兩個(gè)不同問(wèn)題，但在現(xiàn)有情況下它們互相之間不能兼容，即不能同時(shí)使用。與熔融織構(gòu)法相類似的還有淬火熔化生長(zhǎng)法[見(jiàn)M.Mara-kami et al，Modern，Phys，Lett.B4，163(1990)]和粉末熔化處理法[中國(guó)發(fā)明專利，公開(kāi)號(hào)CN1056013A]。其中淬火熔化生長(zhǎng)法要求1100℃以上的制作溫度，而粉末熔化處理法也通常使用1020℃或更高的溫度。如將粉末熔化處理法中的制作溫度降低至960℃以下，則樣品難以熔化并伴有大量粗糙Y2BaCuO5顆粒存在，由此造成磁通釘扎能力下降和總體超導(dǎo)性能減弱。因此目前還沒(méi)有一個(gè)完整的方法能同時(shí)解決釔系材料的機(jī)械性能差和總體超導(dǎo)性能低的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的就是提供一種能與銀加固技術(shù)兼容的制作優(yōu)質(zhì)釔系材料所必須的新技術(shù)。
為實(shí)現(xiàn)上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案以非釔系粉未材料為原料，將其按一定比例混合均勻后熔化，再在一定梯度溫度下冷卻后即成。所述非釔系材料除BaCuO2、Y2BaCuO5、CuO還包括BaSnO3。本發(fā)明的核心是在低于銀的熔點(diǎn)的溫度下制作優(yōu)質(zhì)釔系材料。其基本工作原理是使用過(guò)量的氧化銅(CuO)材料降低熔點(diǎn)，并加入適量的鋇錫氧三(BaSnO3)作為有效磁通釘扎中心，由此得到低操作溫度下(T＜960℃)熔融織構(gòu)生長(zhǎng)而成的優(yōu)質(zhì)釔系超導(dǎo)材料。其具體操作步驟如下第一步預(yù)制或購(gòu)買(mǎi)以下三種材料鋇銅氧二(BaCuO2)、釔二鋇銅氧五(Y2BaCuO5)、鋇錫氧三(BaSnO3)。預(yù)制這些材料的方法是標(biāo)準(zhǔn)的固態(tài)反應(yīng)法，制作條件見(jiàn)下表預(yù)制材料名稱 原材料和分子比例 熱處理?xiàng)l件BaCuO2 BaCO3∶CuO＝1∶1 900℃；空氣；12小時(shí)Y2BaCuO5 Y2O3∶BaCO3∶CuO＝1∶1∶1900℃；空氣；12小時(shí)BaSnO3 BaCO3∶SnO3＝1∶1 960℃；空氣；16小時(shí)第二步在常溫下將上述三種氧化物材料和第四種材料氧化銅(CuO)按一定比例混合均勻后加壓成型。各種材料之間的摩爾數(shù)比(molar ratio)為Y2BaCnO5∶BaCnO2∶BaSnO3∶CuO＝1∶3∶0.052-0.10∶5-8。注意所使用的氧化銅材料量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粉未熔化處理法所采用的Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例。另外使用BaSnO3有效地避免了磁通釘扎能力對(duì)Y2BaCuO5的依賴性。
第三步將壓制成型的樣品送入燒結(jié)爐，在930至960℃的溫度范圍內(nèi)熔化。然后讓樣品在具有溫度梯度存在的區(qū)域內(nèi)由高溫區(qū)向低溫區(qū)緩慢移動(dòng)。
第四步當(dāng)樣品溫度達(dá)到約870℃時(shí)停止樣品移動(dòng)，并讓爐溫慢速下降至480℃。在此溫度下讓樣品在流通氧氣中停留24小時(shí)。最后將爐溫降至室溫并取出樣品。
最后的成品是以YBCO為主的具有層狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)超導(dǎo)材料。所加入的BaSnO3材料作為有效磁通釘扎中心均勻分布于成品之中。經(jīng)測(cè)定，其零場(chǎng)下的Jc值超過(guò)12000A/cm2(at77K)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本專利申請(qǐng)技術(shù)成功地實(shí)現(xiàn)了低操作溫度下(T＜960℃)的釔系材料優(yōu)質(zhì)化生長(zhǎng)，使得銀加固技術(shù)與熔融織構(gòu)技術(shù)能夠在低于銀的熔點(diǎn)的溫度下同時(shí)得以應(yīng)用，因而能夠制作同時(shí)個(gè)有高機(jī)械性能和優(yōu)良超導(dǎo)性質(zhì)的釔系超導(dǎo)材料。
實(shí)施例第一步以BaCO3、CuO、SnO3為原料，采用固態(tài)反應(yīng)法預(yù)制下列材料BaCuO2、Y2BaCuO5、BaSnO3。
第二步按以下數(shù)量均勻混合上述預(yù)制氧化物BaCuO2(2.2007克)，Y2BaCuO5(1.4450克)，BaSnO3(0.2483克)，CuO(1.3204克)。將混合后的材料壓制成長(zhǎng)條狀樣品。
第三步將成型的樣品裝入三氧化二鋁小船然后送入燒結(jié)爐的左側(cè)，其爐溫控制為950℃，并以每厘米3.5℃的溫度梯度向右方降低。樣品小船被一根鉑絲牽引，在爐中向右方低溫區(qū)緩慢移動(dòng)，其速度為每小時(shí)3毫米。鉑絲的另一端由一個(gè)減速電機(jī)所驅(qū)動(dòng)。
第四步當(dāng)樣品溫度降為約870℃時(shí)停止電機(jī)，并讓爐溫緩慢下降。當(dāng)樣品溫度降至480℃時(shí)，接通氧氣并停留24小時(shí)。最后將樣品溫度降至室溫并取出。
權(quán)利要求
1.釔鋇銅氧超導(dǎo)體的低溫下熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法，以非釔系粉未材料為原料，將其按一定的比例混合均勻后熔化，再在一定溫度梯度下冷卻后即成，其特征在于所述非釔系材料除BaCuO2、Y2BaCuO5、CuO外，還包括用以提高磁通釘扎能力的BaSnO3，其制作溫度低于銀的熔點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低溫下熔融織構(gòu)法，其特征在于BaCuO2、Y2BaCuO5、BaSnO3及CuO的摩爾數(shù)比為1∶3∶0.052-0.10∶5-8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述低溫下熔融織構(gòu)法，其特征在于所述溫度梯度為3.5℃/cm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種釔鋇銅氧(YBCO)超導(dǎo)體的低溫下(T＜960℃)熔融織構(gòu)生長(zhǎng)法。它以非釔系粉末材料為原料，將其按一定比例混合均勻后，在低于銀熔點(diǎn)的溫度下熔化，再在一定溫度梯度下冷卻后即成。所述非釔系材料除BaCuO
文檔編號(hào)C04B35/50GK1116766SQ9411141
公開(kāi)日1996年2月14日 申請(qǐng)日期1994年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月12日
發(fā)明者宋毅 申請(qǐng)人:宋毅