一種納米復(fù)合釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高溫銅氧化物超導(dǎo)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及到一種納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧 超導(dǎo)塊材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用頂部巧晶技術(shù)引導(dǎo)生長的單疇RE-Ba-Cu-0 (REBCO，RE=Y、Gd、Sm、Nd等）高溫 超導(dǎo)塊材，有效解決了多晶樣品和多疇樣品中晶界處存在的"弱連接"現(xiàn)象，能承載更高的 體臨界電流，表現(xiàn)出更高的捕獲磁通和磁懸浮性能，在微型超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)電機(jī)、磁懸浮軸 承、儲能飛輪和磁懸浮列車等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[000引通過滲雜REsBa化05前驅(qū)粉在REBa2化307_S超導(dǎo)基體中引入彌散分布的細(xì)小REsBa化05粒子可W顯著提高R邸C0超導(dǎo)塊材的磁通釘扎能力。在低場條件下，樣品的臨 界電流密度Je與Vf21l/d2u成正比（Vf211為RE2帖化0日粒子在REBa2化6超導(dǎo)基體中占的 體積分?jǐn)?shù)，d2ii為REsfe化化粒子的平均粒徑)。因此，若要獲得更高的Je，必須進(jìn)一步降低 REsBa^A粒子的尺寸，并使其均勻分布。為此人們曾嘗試將納米級的RE2帖化化前驅(qū)粉滲雜 到REBC0超導(dǎo)塊材中，然而由于REBa2Cu307_ 6晶體的生長固化過程非常緩慢，REsfeCuOs粒 子在富含RE3+的Ba-化-0液相中會經(jīng)歷嚴(yán)重的Ostwald粗化長大過程，最終樣品內(nèi)捕獲的 REsBa化05粒子的平均粒徑還是增大到亞微米至1微米之間，無法起到最有效的磁通釘扎作 用。如果超導(dǎo)體內(nèi)沒有足夠強(qiáng)的磁通釘扎中屯、，其無阻載流能力就會受到限制，從而導(dǎo)致樣 品的捕獲磁通和磁懸浮性能偏低，達(dá)不到實際應(yīng)用所需的技術(shù)指標(biāo)。而且較低的磁通釘扎 力也無法阻止高溫超導(dǎo)體在液氮溫區(qū)（77K)工作時因熱激活而產(chǎn)生的磁通蠕動，從而出現(xiàn) 捕獲磁通和磁懸浮力隨時間衰減嚴(yán)重的問題。該些問題的存在嚴(yán)重影響了該類材料的實用 價值及其實用化進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能在超導(dǎo)基體中引入納米級釘扎中屯、 從而保證樣品超導(dǎo)性能的、納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材的制備方法。
[0005] 解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案由下述步驟組成： (1) 配制固相粉： 將BaO、化0初始粉按摩爾比為1 ;1的比例混合均勻，用固相反應(yīng)法制成Ba化〇2前驅(qū) 粉巧將平均粒徑50皿的Y203納米粉與Ba化02前驅(qū)粉按摩爾比為1 ;1的比例混合，同時 添加0. 5%~1. 5% (w/w)的Ce〇2初始粉，混合均勻，作為固相粉； 上述配比中的Ce〇2初始粉直接添加到固相粉中，在烙滲生長過程中起到抑制YsBa化〇5納米粒子粗化長大、細(xì)化YsBa化〇5粒度的作用，保證了納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材的成功 制備； (2) 配制液相源粉： 將孔2〇3與BaO、化0初始粉按摩爾比為1 ; 10 ; 16的比例混合均勻，作為液相源粉； (3) 壓制前驅(qū)塊： 取固相粉放入圓柱型模具1中，壓制成固相塊；取液相源粉放入圓柱型模具2中，壓制 成液相源塊；其中所用固相粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 ;2. 5~3. 5,圓柱型模具2的直徑為 比圓柱型模具1大10mm ;再取孔2〇3初始粉放入圓柱型模具2中，壓制成厚約2mm的薄片， 作為支撐塊； (4) 裝配前驅(qū)塊： 將液相源塊、固相塊自下而上依次同軸放置在支撐塊的正上方，再將一塊欽領(lǐng)銅氧巧 晶置于固相塊的上表面中屯、位置，完成前驅(qū)塊的裝配； (5) 烙滲生長納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧單疇塊材； 將裝配好的前驅(qū)塊放在Al2〇3墊片上，中間隔W 5個等高的MgO單晶粒，然后整體放入 井式爐中，W每小時300°C的升溫速率升溫至800~900°C，保溫5~15小時；再W每小時 60°C的升溫速率升溫至1030~1040。保溫0. 5~1. 5小時；然后W每小時60°C的降溫速 率降溫至1000~l〇l〇°C，再W每小時0. 2~0. 5°C的降溫速率慢冷至970~980°C，隨爐自 然冷卻至室溫，得到納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧單疇塊材； (6) 滲氧處理： 將納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧單疇塊材放入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450~40(TC的 溫區(qū)中慢冷200小時，得到納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材。
[0006] 在本發(fā)明的配制固相粉步驟（1)中，將平均粒徑50nm的Y2化納米粉與Ba化0 2前驅(qū) 粉按摩爾比為1 ;1的比例混合，最佳添加1% (w/w)的Ce〇2初始粉；在壓制前驅(qū)塊步驟（3) 中，所用固相粉與液相源粉的最佳質(zhì)量比為1 ;3 ;在烙滲生長納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧單疇塊材 步驟（5)中，最佳W每小時300°C的升溫速率升溫至850°C，保溫10小時；再W每小時60°C 的升溫速率升溫至1035°C，保溫1小時；然后W每小時60°C的降溫速率降溫至1005°C，再 W每小時0. 33°C的降溫速率慢冷至975°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧 單疇塊材。
[0007] 本發(fā)明采用頂部巧晶烙滲生長（TSIG)方法，通過使用Y2化納米粉與Ba化0 2前驅(qū) 粉、Ce〇2初始粉的混合物充當(dāng)固相粉，經(jīng)過高溫烙滲及慢冷生長后，在錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材內(nèi) 成功引入納米級的YsBa化〇5粒子，獲得了更高的超導(dǎo)性能。采用了孔2〇3與BaO、化0初始 粉的混合物充當(dāng)液相源粉，使得整個烙滲生長過程僅需Ba化〇2-種前驅(qū)粉，其工藝簡單、效 率高。本發(fā)明也可用于制備Nd、Sm、Gd等其他系列的納米復(fù)合超導(dǎo)塊材。
[0008]
【附圖說明】： 圖1是實施例1的裝配前驅(qū)塊的示意圖；其中1為液相源塊，2為固相塊，3為支撐塊， 4為欽領(lǐng)銅氧巧晶； 圖2是實施例1制備的納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材的表面形貌圖； 圖3是實施例1制備的納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材的磁懸浮力曲線； 圖4是實施例1制備的納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材的微觀結(jié)構(gòu)圖。
[0009]
【具體實施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于該些實施例。 其中所用到的納米Y203(平均粒徑50皿)、孔2〇3、Ce化、BaO和化0化學(xué)原料均有市售。
[0011] 實施例1 (1) 配制固相粉： 取65. 8415g BaO與34. 1585g化0初始粉混合均勻，即BaO與化0初始粉的摩爾比 為1;1，用固相反應(yīng)法制成Ba化〇2前驅(qū)粉；再取39. 3842g Y2〇3納米粉(平均粒徑50皿）與 40. 6158g Ba化〇2前驅(qū)粉混合，同時添加0. 8g CeO2初始粉，即Y2〇3納米粉與Ba化02前驅(qū)粉 的摩爾比為1 ;1，同時添加1% (w/w)的Ce化初始粉，混合均勻，作為固相粉； (2) 配制液相源粉： 取9. 8517g孔2〇3與38. 3308g Ba0、31.8175g CuO初始粉混合均勻，即孔2〇3與Ba0、Cu0初始粉的摩爾比為1;10; 16,作為液相源粉； (3) 壓制前驅(qū)塊： 取5g固相粉放入圓柱型模具1 (直徑16mm)中，壓制成固相塊；取15g液相源粉放入圓 柱型模具2 (直徑26mm)中，壓制成液相源塊；即所用固相粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 ;3,圓 柱型模具2的直徑為比圓柱型模具1大10mm巧取3g孔2〇3初始粉放入圓柱型模具2 (直 徑26mm)中，壓制成厚約2mm的薄片，作為支撐塊； (4) 裝配前驅(qū)塊： 如圖1所示，在圖1中，將液相源塊1、固相塊2自下而上依次同軸放置在支撐塊3的正 上方，再將一塊欽領(lǐng)銅氧巧晶4置于固相塊2的上表面中屯、位置，完成前驅(qū)塊的裝配； (5) 烙滲生長納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧單疇塊材； 將裝配好的前驅(qū)塊放在Al2〇3墊片上，中間隔W 5個等高的MgO單晶粒，然后整體放入 井式爐中，W每小時300°C的升溫速率升溫至850°C，保溫10小時；再W每小時60°C的升溫 速率升溫至1035°C，保溫1小時；然后W每小時60°C的降溫速率降溫至1005°C，再W每小 時0. 33°C的降溫速率慢冷至975°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到直徑16mm的納米復(fù)合錠領(lǐng) 銅氧單疇塊材； (6) 滲氧處理： 將納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧單疇塊材放入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450~40(TC的 溫區(qū)中慢冷200小時，得到納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材。
[0012] 所制備的納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材，用照相機(jī)拍攝表面形貌，照片如圖2所示。 由圖可見，樣品表面四徑清楚，且無自發(fā)成核現(xiàn)象，說明樣品成功生長為單晶疇的超導(dǎo)塊 材。
[0013] 應(yīng)用=維磁場與磁力測試裝置對制備的納米復(fù)合錠領(lǐng)銅氧超導(dǎo)塊材進(jìn)行磁懸浮 力性能測試，結(jié)果如圖3所示。由圖可見，樣品的最大磁懸浮力為29. 0923N，相應(yīng)的磁懸浮 力密度為14. 4693N/cm2,說明樣品具有優(yōu)越的超導(dǎo)性能。
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