由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫銅氧化物超導材料技術(shù)領域，具體涉及到一種由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用頂部籽晶技術(shù)引導生長的單疇釔鋇銅氧(Y-Ba-Cu-O)高溫超導塊材，能承載很高的體臨界電流，表現(xiàn)出很高的捕獲磁場和磁懸浮性能，在微型超導磁體、超導電機、磁懸浮軸承、儲能飛輪和磁懸浮列車等方面具有廣闊的應用前景。在研制單疇釔鋇銅氧超導塊材的過程中，應用較多的工藝主要有兩種，一種是頂部籽晶熔化生長(TSMG)方法，另一種是頂部籽晶滲透生長(TSIG)方法。
[0003]在TSMG方法中，人們將YBa2Cu307_s前驅(qū)粉與Y #&(:1105前驅(qū)粉按一定配比混合均勻，然后壓坯成型，在高溫下坯體內(nèi)粉末熔化，其中的YBa2Cu3CVs相分解為Y #&(:1105與Ba-Cu-O液相，此時整個塊體進入Y2BaCuO5固相與Ba-Cu-O液相共存的半熔融態(tài)，并在隨后的慢降溫過程中發(fā)生包晶反應重新生成YBa2Cu3CVs相，同時由頂部籽晶引導YBa2Cu3CVs單疇區(qū)的生長。而在TSIG方法中，人們將Y2BaCuO5前驅(qū)粉單獨壓坯成型，稱為Y2BaCuO5固相塊，再配上一個由YBa2Cu3CVs和富Ba、Cu相的混合成分壓制的輔助塊，稱為液相源塊，然后將兩個坯塊疊放在一起。高溫下，只有液相源塊發(fā)生熔化分解，產(chǎn)生的Ba-Cu-O液相滲入多孔的Y2BaCuO5固相塊中，從而達到Y(jié) 28&&105與液相共存的半熔融態(tài)熔體。因為粉末熔化分解過程僅發(fā)生在輔助塊(液相源塊)中，樣品塊(即Y2BaCuO5固相塊)不受影響，所以可以避免TSMG工藝中因液相流失而導致的一系列問題。此外，液相的滲入會抵消樣品在高溫燒結(jié)過程中的體積收縮，所以樣品可以很好地保持初始形狀。可以看出，TSMG方法是以坯體粉末熔化、隨后慢冷生長為基本特征，而TSIG方法是以液相滲入固相塊、隨后再慢冷生長為基本特征。它們具有明顯的區(qū)別。
[0004]同時可以看出，無論采用哪種方法，釔鋇銅氧單疇塊材的制備都需預制兩種或兩種以上的前驅(qū)粉。而前驅(qū)粉一般由實驗室人員用傳統(tǒng)的固相反應法制得，即通過反復的高溫煅燒和研磨得到相純凈、小粒度的前驅(qū)粉體，每種粉體均需一周時間制得。所以，前驅(qū)粉的使用使得釔鋇銅氧超導塊材的制備周期大大延長，效率很低，同時加大了科研人員的工作量，限制了該類材料的批量化制備及大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種無需使用前驅(qū)粉、由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法，其特征在于它由下述步驟組成: (1)配制混合粉:
將平均粒徑50nm的Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉按摩爾比為1:1:1的比例混合，同時添加0.5%?1.5%(w/w)的CeO2初始粉，混合均勻，作為固相混合粉；將平均粒徑50nm的Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉按摩爾比為1:10:16的比例混合均勻，作為液相混合粉；
(2)壓制前驅(qū)塊:
取固相混合粉放入圓柱型模具I中，壓制成固相塊；取液相混合粉放入圓柱型模具2中，壓制成液相塊；其中所用固相混合粉與液相混合粉的質(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I大1mm ;再取Yb2O3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；
(3)裝配前驅(qū)塊:
將液相塊、固相塊自下而上依次同軸放置在支撐塊的正上方，再將一塊釹鋇銅氧籽晶置于固相塊的上表面中心位置，完成前驅(qū)塊的裝配；其中所用釹鋇銅氧籽晶為從多疇釹鋇銅氧塊材上解理下的晶片，其尺寸約為3mmX3mmX 1.5mm ；
(4)高溫熱處理:
將裝配好的前驅(qū)塊放在Al2O3墊片上，中間隔以5個等高的MgO單晶粒，然后整體放入井式爐中，以每小時300°C的升溫速率升溫至800?900°C，保溫5?15小時；再以每小時60°C的升溫速率升溫至1030?1040°C，保溫0.5?1.5小時；然后以每小時60°C的降溫速率降溫至1000?1010°C，再以每小時0.2?0.5°C的降溫速率慢冷至970?980°C，隨爐冷卻至室溫，得到納米復合釔鋇銅氧單疇塊材；
(5)滲氧處理:
將納米復合釔鋇銅氧單疇塊材放入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450?400°C的溫區(qū)中慢冷200小時，得到納米復合釔鋇銅氧超導塊材。
[0007]在本發(fā)明的配制混合粉步驟(I)中，將Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉按摩爾比為1:1:1的比例混合，最佳添加1% (w/w)的CeOdT始粉。
[0008]在壓制前驅(qū)塊步驟(2)中，所用固相混合粉與液相混合粉的最佳質(zhì)量比為1:3。
[0009]在高溫熱處理步驟(4)中，最佳以每小時300°C的升溫速率升溫至850°C，保溫10小時；再以每小時60°C的升溫速率升溫至1035°C，保溫I小時；然后以每小時60°C的降溫速率降溫至1005°C，再以每小時0.33°C的降溫速率慢冷至975°C，隨爐冷卻至室溫，得到納米復合紀鋇銅氧單疇塊材。
[0010]本發(fā)明公開的由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的積極效果在于:
(I)本發(fā)明使用Y2O3納米粉與Ba0、Cu0、Ce0 2初始粉的混合物壓制固相塊，使用Y 203納米粉與BaO、CuO初始粉的混合物壓制液相塊，在高溫熱處理時，兩個坯塊均會發(fā)生粉末熔化過程。此外由于液相塊中BaO、CuO含量高，還會發(fā)生Ba-Cu-O液相向上滲透至固相塊的過程，所以本方法是以粉末熔化和液相滲透共存為特征的。
[0011](2)本發(fā)明無需使用任何前驅(qū)粉，工藝簡單、效率高。通過Y2O3納米粉的使用在樣品內(nèi)成功引入納米級的Y2BaCuO5S子作為磁通釘扎中心，保證了塊材的超導性能。本發(fā)明也可用于制備Nd、Sm、Gd等其他系列的納米復合超導塊材。
[0012]【附圖說明】: 圖1是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的表面形貌圖；
圖2是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線；
圖3是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的捕獲磁場圖；
圖4是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的微觀結(jié)構(gòu)圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。其中所用到的納米Y2O3 (平均粒徑50nm)、Yb2O3、CeO2、BaO和CuO化學原料均有市售，所用到的釹鋇銅氧籽晶為從多疇釹鋇銅氧塊材上解理下的晶片，其尺寸約為3mmX3mmX 1.5mm ；
實施例1
(1)配制混合粉:
取49.2302g Y2O3納米粉與33.4276g Ba0、17.3422g CuO初始粉混合，同時添加Ig CeO2初始粉，即Y2O3納米粉與Ba0、Cu0初始粉的摩爾比為1:1:1，同時添加1% (w/w)的CeOjT始粉，混合均勻，作為固相混合粉；取7.4481g Y2O3納米粉與50.5727g Ba0、41.9792g CuO初始粉混合均勻，即Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉的摩爾比為1:10:16，作為液相混合粉；
(2)壓制前驅(qū)塊:
取5g固相混合粉放入圓柱型模具I (直徑16mm)中，壓制成固相塊；取15g液相混合粉放入圓柱型模具2 (直徑26mm)中，壓制成液相塊；即所用固相混合粉與液相混合粉的質(zhì)量比為1:3，圓柱型模具2的直徑為比圓柱型模具I大1mm ;再取3g Yb2O3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；
(3)裝配前驅(qū)塊:
將液相塊、固相塊自下而上依次同軸放置在支撐塊的正上方，再將一塊釹鋇銅氧籽晶置于固相塊的上表面中心位置，完成前驅(qū)塊的裝配；
(4)高溫熱處理:
將裝配好的前驅(qū)塊放在Al2O3墊片上，中間隔以5個等高的MgO單晶粒，然后整體放入井式爐中，以每小時300°C的升溫速率升溫至850°C，保溫10小時；再以每小時60°C的升溫速率升溫至1035 °C，保溫I小時；然后以每小時60°C的降溫速率降溫至1005 °C，再以每小時0.33°C的降溫速率慢冷至975°C，隨爐冷卻至室溫，得到直徑16mm的納米復合釔鋇銅氧單疇塊材；
(5)滲氧處理:
將納米復合釔鋇銅氧單疇塊材放入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450?400°C的溫區(qū)中慢冷200小時，得到納米復合釔鋇銅氧超導塊材。
[0015]所制備的納