專利名稱：單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫銅氧化物超導材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到頂部籽晶熔滲生長工藝制備氧化物摻雜釔鋇銅氧超導塊材。
背景技術(shù)：
單疇銅氧化物高溫超導塊材(RE-Ba-Cu-Ο，其中RE為稀土元素，如Y、Gd、Nd等) 具有較高的臨界溫度和臨界電流密度，并且在強磁場下具有較強的磁通釘扎能力。這一優(yōu)勢為該類材料在磁懸浮技術(shù)方面的應用奠定了基礎(chǔ)，特別是在超導磁懸浮軸承、儲能飛輪以及超導電機和發(fā)電機等研制方面具有良好的應用前景。在制備單疇銅氧化物超導塊材的過程中，應用較多的工藝主要有兩種，一種是傳統(tǒng)的頂部籽晶熔融織構(gòu)生長工藝，另一種是最近幾年發(fā)展起來的頂部籽晶熔滲生長工藝。自從頂部籽晶熔滲生長工藝被發(fā)明以來，受到了越來越多研究者的注意，因為它可以有效地解決傳統(tǒng)熔融織構(gòu)生長工藝中存在的問題，例如樣品的收縮、變形、內(nèi)部存在大量氣孔和宏觀裂紋、液相流失嚴重、IBaCuO5S子的局部偏析等等。但是由于熔滲生長工藝所制備出的超導塊材中存在著固有的晶體缺陷，如，晶界間的弱連接、弱的磁通釘扎能力等，這些都制約著超導塊材性能的進一步提高；另外，由于頂部籽晶熔滲工藝制備出的超導塊材中IBaCuO5粒子的顆粒已經(jīng)達到1 μ m,即達到其最小粒徑，因此，要進一步提高臨界電流密度J。就必須在YBCO超導塊材中引入有效的磁通釘扎中心。從理論上講，只有當超導塊材中引入的第二相粒子的尺寸與YBCO的相干長度接近時，才能起到有效地磁通釘扎作用， 而TOCO超導體的相干長度為納米量級，所以只有引入納米量級的非超導粒子作為磁通釘扎中心，才能夠有效地控制超導塊材片層狀組織的定向生長以及能夠最大限度地消除弱連接現(xiàn)象。實踐證明，在有效地改善材料內(nèi)部組份以及結(jié)構(gòu)方面所采取的方法中，摻雜是引入有效磁通釘扎中心的最實用的方法之一，其中，把具有雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Y2Bii4CuMOx(M為Nb、 Zr、W、Ag、Mo、Bi等)納米粒子作為第二相粒子引入YBCO超導體中，可以有效地提高YBCO 超導體的磁懸浮力和臨界電流密度J。。但是在引入納米IBa4CuMOx粒子之前，我們必須通過多次燒結(jié)和球磨的方法先制備出納米Ife4CuMOx粉體，這樣就大大提高了在YBCO超導體引入納米IBa4CuMOx粒子的成本，本發(fā)明則有效地解決了這一技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種磁懸浮力性能高、磁通釘扎能力高的單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法。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、配制固相先驅(qū)粉將^O3與BaC03、CuO粉按摩爾比為1 1 1的比例混合，用固態(tài)反應法制成 Y2BaCuO5粉，取IBaCuO5粉加入到球磨機，添加IBaCuO5粉質(zhì)量0. 1 % 2 %的Bi2O3粉或 0. 3% 的 WO3 粉，混合均勻，制備成(l_xH2BaCu05+xBi203 或(1-y) Y2BaCu05+yW03 固相先驅(qū)粉。上式中0. 001 ^ χ ^ 0. 02，0. 001 彡 y 彡 0. 03。2、配制液相源粉將IO3與BaC03、Cu0按摩爾比為1 4 6混合，用固態(tài)反應法燒結(jié)成TOa2Cu307_s 粉體，BaCO3與CuO按摩爾比為1 1，用固態(tài)反應法燒結(jié)成BaCuO2粉體，將YBa2Cu3O7^5粉體與CuO粉、BaCuO2粉按摩爾比為1 2 3混合均勻，作為液相源粉。上式中0彡δ彡1。3、壓制固相先驅(qū)塊和液相塊取(l-XH2BaCu05+XBi203固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成形狀相同厚度不同的(1 -x) Y2BaCu05+xBi203固相先驅(qū)塊和液相塊；固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為 1 1. 2 1. 56。取(1-y) Y2BaCu05+yW03固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成形狀相同厚度不同的 (11)恥冗1105+7103固相先驅(qū)塊和液相塊；固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1.2 1. 56。4、壓制支撐塊將^O3粉壓制成與IBaCuO5先驅(qū)塊和液相塊形狀相同的坯塊，作為支撐塊。5、制備釹鋇銅氧籽晶塊取54. 8586gNd203、32. 1727gBaC03、12. 9687gCu0 粉混合，Nd2O3 與 BaCO3、CuO 粉的摩爾比為 1 1 1，用固態(tài)反應法制成 Nd2BaCuO5 粉。取 20. 9895g Υ203、49· 2386gBaC03、 29. 7719g CuO粉混合，Nd2O3與BaC03、CuO粉的摩爾比為1 4 6，用固態(tài)反應法制成 NdB￡i2Cu307_s粉。將Nd2BaCuO5粉體與NdBa2Cu3CVs粉體按照質(zhì)量比為1 3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法在爐子中進行燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊。上式中0彡δ彡1。6、坯體裝配及放置方法在Al2O3墊片上表面至下而上依次放置MgO單晶片、支撐塊、液相塊、(1-χ) Y2BaCu05+xBi203固相先驅(qū)塊或(l-yK2BaCu05+yW03固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊。7、熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時80 120°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時40 60°C的升溫速率升溫至1040 1045°C，保溫1 2. 5小時；以每小時60°C 的降溫速率降溫至1015 1025°C，以每小時0. 1 0. 5°C的降溫速率慢冷至980 990°C， 隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材。8、滲氧處理將單疇釔鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，440 410°C的溫區(qū)中慢冷200小時，得到單疇釔鋇銅氧超導塊材。在本發(fā)明的配制固相先驅(qū)粉步驟1中，取IBaCuO5粉加入到球磨機，添加IBaCuO5 粉質(zhì)量0. 7 %的Bi2O3粉，混合均勻，制備成(l-x)Y2BaCu05+xBi203固相先驅(qū)粉。在壓制 (l-x)Y2BaCu05+xBi203固先驅(qū)塊和液相塊步驟3中，固相先驅(qū)粉與液相源粉的最佳質(zhì)量比為 1 1.44。在熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材步驟6中，將裝配好的先驅(qū)塊放入管式爐中，最佳以每小時100°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時50°C的升溫速率升溫至1045°C，保溫 2小時；最佳以每小時60°C的降溫速率降溫至1020°C，再以每小時0. 3°C的降溫速率慢冷至 990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧超導塊材。在本發(fā)明的配制固相先驅(qū)粉步驟1中，取IBaCuO5粉加入到球磨機，添加IBaCuO5 粉質(zhì)量1.5%的恥3粉，混合均勻，制備成(l-y)Y2BaCU05+yW03固相先驅(qū)粉。在壓制(1-y) Y2BaCu05+yW03固相先驅(qū)塊和液相塊步驟3中，固相先驅(qū)粉與液相源粉的最佳質(zhì)量比為 1 1.44。在熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材步驟6中，將裝配好的先驅(qū)塊放入管式爐中，最佳以每小時100°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時50°C的升溫速率升溫至1045°C，保溫 2小時；最佳以每小時60°C的降溫速率降溫至1020°C，再以每小時0. 3°C的降溫速率慢冷至 990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧超導塊材。在本發(fā)明的制備坯體5中，MgO單晶片有等高的3 5片。在本發(fā)明制備坯體5中，本發(fā)明的支撐塊、液相塊、固相先驅(qū)塊為外徑相同的圓柱體。本發(fā)明采用頂部籽晶熔滲生長法，通過添加Bi2O3粉體及其它金屬氧化物摻雜成功地引入了第二相納米粒子IBa4CuBiOxA2Ba4CuMOx(M為Bi、W)來形成磁通釘扎中心，本發(fā)明不僅簡化了粉體制備的工藝、縮短了實驗周期、降低了實驗成本，而且進一步提高了超導塊材的磁通釘扎能力。在本發(fā)明中，采用了 IO3制備支撐塊，在釔鋇銅氧塊材的慢冷生長過程中，穩(wěn)定地支撐上面的兩個坯塊，阻止液相的流失。本發(fā)明可用于制備釔鋇銅氧超導塊材，也可用于制備Y、Sm、Nd、Eu等其他系列的高溫超導塊材。


圖1是實施例1中爐子內(nèi)樣品放置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實施例1制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材的表面形貌圖。圖3是實施例1制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線圖。圖4是實施例4制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線圖。圖5是實施例1的單疇釔鋇銅氧超導塊材的環(huán)境掃描電鏡圖
具體實施例方式下面結(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。實施例1以所用摻雜原料Bi2O3粉為例制備單疇釔鋇銅氧超導塊材，其制備方法如下1、配制摻雜Bi2O3粉的IaCuO5先驅(qū)粉取67. 3803g Y203>58. 88387g BaC03、23. 7359g CuO 粉體混合均勻，^O3 與 BaC03、 CuO粉體的摩爾比為1 1 1，用固態(tài)反應法制成ABaCuO5粉。取IOOg ABaCuO5粉加入到球磨機，添加ABaCuO5粉質(zhì)量0. 7%的Bi2O3粉，混合均勻，制備成ABaCuO5先驅(qū)粉。2、配制液相源粉取106. 9064g BaCO3>43. 0936g CuO 混合，BaCO3 與 CuO 粉的摩爾比為 1 1，用固態(tài)反應法制成 BaCuO2 粉。取 22. 6956g Υ203、79· 3350g BaC03、47. 9695g CuO 粉混合 J2O3 與 BaC03、Cu0粉的摩爾比為1 4 6，用固態(tài)反應法制成TOei2Cu307_s粉。將81. 4516gBaCu02粉、18. M84gCuO 粉、76. 7389g YBa2Cu3O7^5 粉體在球磨機混合均勻，YBa2Cu307_s 粉體與 CuO、 BaCuO2粉的摩爾比為1 2 3，作為液相源粉。上式中0彡δ彡1。3、壓制摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)塊和液相塊取9g摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉、13g液相源粉，IBaCuO5先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1.44，分別壓制成液相體和IBaCuO5先驅(qū)體，液相體和IBaCuO5先驅(qū)體是直徑為20mm、厚度不相同的圓柱體。4、壓制支撐塊取2. 5gY203粉壓制成直徑為20_的支撐塊。5、制備釹鋇銅氧籽晶塊取54. 8586g Nd203、32. 1727g BaC03、12. 9687g CuO 粉混合，Nd2O3 與 BCO3> CuO 粉的摩爾比為 1 1 1，用固態(tài)反應法成 Nd2BaCuO5 粉。取 20. 9895g Υ203、49· 2386gBaC03、 29. 7719g CuO粉混合，Nd2O3與BaC03、CuO粉的摩爾比為1 4 6，用固態(tài)反應法制成 NdB￡i2Cu307_s粉。將Nd2BaCuO5粉體與NdBa2Cu3CVs粉體按照質(zhì)量比為1 3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法在爐子中進行燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊。上式中0彡δ彡1。6、坯體裝配及放置方法如圖1所示，在Al2O3墊片6上表面至下而上依次放置4片MgO單晶片5、支撐塊 4、液相塊3、摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)塊2、釹鋇銅氧籽晶塊1，4片MgO單晶片5的高度相同，釹鋇銅氧籽晶塊1位于摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)塊2上表面的中心位置。7、熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時100°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時50°C的升溫速率升溫至1045°C，保溫2小時；以每小時60°C的降溫速率降溫至 1020 以每小時0. 3°C的降溫速率慢冷至990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材。8、滲氧處理將單疇釔鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，410 440°C的溫區(qū)中慢冷200小時，制備成單疇釔鋇銅氧超導塊材。所制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材，用照相機拍攝表面形貌，表面形貌照片見圖2。 圖中 a、b、c、d、e、f 中摻雜的 Bi2O3 粒子含量依次為 0. Iwt%、0· 3wt%,0. 5wt%,0. 7wt%, 0. 9wt %、2wt %，由圖2可見，其表面都生成了以籽晶為中心位置的四個對稱扇區(qū)，并且具有明顯的十字花紋。隨著Bi2O3粒子摻雜量的繼續(xù)增加，樣品的形貌發(fā)生了細微的變化，釔鋇銅氧晶體的生長區(qū)域呈現(xiàn)出減小的趨勢。對所制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材，采用三維磁場與磁力測試裝置測量了其磁懸浮力，測試結(jié)果見曲線圖3，磁懸浮力與單疇釔鋇銅氧超導塊上表面積(上表面直徑為 20mm)的比為磁懸浮力密度，由圖3可見，Bi2O3的摻雜量為0. 7wt%時所制備的釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力最大為24. 48N，相應磁懸浮力密度為7. 80N/cm2。實施例2
以所用摻雜原料Bi2O3粉為例制備單疇釔鋇銅氧超導塊材，其制備方法如下在配制摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉步驟1中，制備IBaCuO5粉所用的原料以及制備方法與實施例1相同，取IOOg Y2BaCuO5粉加入到球磨機混合均勻，添加IBaCuO5粉質(zhì)量0. 1 %的Bi2O3，混合均勻，制備成摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉；在壓制摻雜Bi2O3粉的 Y2BaCuO5先驅(qū)塊和液相塊步驟3中，取9g摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉、10. Sg液相源粉， 摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1. 2，分別壓制成形狀相同厚度不同的摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)體、液相體；在熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材步驟7中， 將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時80°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時40°C 的升溫速率升溫至1045°C，保溫1小時，以每小時60°C的降溫速率降溫至1015°C，以每小時0. 1°C的降溫速率慢冷至990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材。其他步驟與實施例1相同，制備成單疇釔鋇銅氧超導塊材。實施例3以所用摻雜原料Bi2O3粉為例制備單疇釔鋇銅氧超導塊材，其制備方法如下在配制摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉步驟1中，制備IBaCuO5粉所用的原料以及制備方法與實施例1相同，取IOOgY2BaCuO5粉加入到球磨機混合均勻，添加IBaCuO5粉質(zhì)量2%的Bi2O3，混合均勻，制備成摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉；在壓制摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)塊和液相塊步驟3中，取9g摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉、14. 04g液相源粉，摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1. 56，分別壓制成形狀相同厚度不同的摻雜Bi2O3粉的IBaCuO5先驅(qū)體、液相體；在熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材步驟 7中，將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時120°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時 600C的升溫速率升溫至1040°C，保溫2. 5小時，以每小時60°C的降溫速率降溫至1025°C，以每小時0. 5°C的降溫速率慢冷至980°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材。其他步驟與實施例1相同，制備成單疇釔鋇銅氧超導塊材。實施例4以所用摻雜原料WO3粉為例制備單疇釔鋇銅氧超導塊材，其制備方法如下在以上的實施例1 3的配制IBaCuO5先驅(qū)粉的步驟1中，制備IBaCuO5粉所用的原料以及制備方法與實施例1相同。取IOOg IBaCuO5粉加入到球磨機，添加的Bi2O3粉用IBaCuO5粉質(zhì)量1. 5%的WO3粉替換，混合均勻，制備成IBaCuO5先驅(qū)粉。其他步驟與相應的實施例相同，制備成單疇釔鋇銅氧超導塊材。所制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材采用三維磁場與磁力測試裝置對磁懸浮力進行測試，測試結(jié)果見曲線圖4，磁懸浮力與單疇釔鋇銅氧超導塊上表面積(上表面直徑為 20mm)的比為磁懸浮力密度，由圖4可見，WO3的摻雜量為1. 5wt%時所制備的釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力最大為25. 76N，相應磁懸浮力密度為8. 20N/cm2。實施例5以所用摻雜原料WO3粉為例制備單疇釔鋇銅氧超導塊材，其制備方法如下 在以上的實施例1 3的配制IBaCuO5先驅(qū)粉體的步驟1中，制備IBaCuO5粉體所用的原料以及制備方法與實施例1相同。取IOOg IBaCuO5粉體加入到球磨機，添加的 Bi2O3粉體用ABaCuO5粉體質(zhì)量0. 1 %的WO3粉體替換，混合均勻，制備成ABaCuO5先驅(qū)粉。 其他步驟與相應的實施例相同，制備成單疇釔鋇銅氧超導塊材，所制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材采用三維磁場與磁力測試裝置對磁懸浮力進行測試，測試結(jié)果見曲線圖4。實施例6以所用摻雜原料WO3粉為例制備單疇釔鋇銅氧超導塊材，其制備方法如下在以上的實施例1 3的配制ABaCuO5先驅(qū)粉的步驟1中，制備ABaCuO5粉所用的原料以及制備方法與實施例1相同。取IOOg IBaCuO5粉加入到球磨機，添加的Bi2O3粉用IBaCuO5粉質(zhì)量3%的WO3粉替換，混合均勻，制備成IBaCuO5先驅(qū)粉。其他步驟與相應的實施例相同，制備成單疇釔鋇銅氧超導塊材，所制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材采用三維磁場與磁力測試裝置對磁懸浮力進行測試，測試結(jié)果見曲線圖4。為了確定本發(fā)明的最佳原料配比，發(fā)明人進行了大量的實驗室研究試驗，各種實驗情況如下1、不同的氧化物對單疇釔鋇銅氧超導塊材形貌和磁懸浮力的影響采用實施例1的制備方法制備單疇釔鋇銅氧超導塊材。在配制IBaCuO5先驅(qū)粉步驟1中，將分析純的AO3 ( ^ 99.9% )、BaCO3( ^ 99.9% )以及CuO( ^ 99.9% )粉末按摩爾比為1 1 1的比例混合，用固態(tài)反應法制成IBaCuO5粉。取IBaCuO5粉加入到球磨機，添加金屬氧化物，氧化物選用Bi2O3粉、WO3粉中的任意一種，混合均勻，制備成IBaCuO5 先驅(qū)粉，Bi2O3粉、WO3粉的用量如下(1)添加 IBaCuO5 粉質(zhì)量 0. 1%,0. 3%,0. 5%,0. 7%、0· 9%、2%的 Bi2O3 粉，混合均勻，制備成IBaCuO5先驅(qū)粉。其他步驟與實施例1相同，制備成直徑為20mm單疇釔鋇銅氧超導塊材，分別對所制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材采用三維磁場與磁力測試裝置對磁懸浮力進行測試。測試結(jié)果見表1和圖3，在圖3中，曲線a為0. Iwt% Bi2O3粒子摻雜的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線，曲線b為0. 3wt% Bi2O3粒子摻雜的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線，曲線c為0. 5wt% Bi2O3粒子摻雜的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線，曲線d為0. 7wt% Bi2O3粒子摻雜的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線，曲線 e為0. 9wt% Bi2O3粒子摻雜的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線，曲線f為2. Owt % Bi2O3粒子摻雜的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線。用照相機拍照單疇釔鋇銅氧超導塊材的表面形貌圖見圖2，圖中a、b、c、d、e、f中摻雜的Bi2O3粒子含量依次為0. Iwt
0. 3wt%,0. 5wt%,0. 7wt%,0. 9wt%、2wt%。用環(huán)境掃描電鏡對單疇釔鋇銅氧超導塊材的結(jié)構(gòu)進行了分析，掃描電鏡照片見圖5，圖5中a、b、C、d、e、f中摻雜的Bi2O3粒子含量依次為 0. lwt%,0. 3wt%,0. 5wt%,0. 7wt%,0. 9wt%、2wt%。表1實施例1制備的單疇釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力測試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1. 一種單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法，其特征在于它是由下述步驟組成(1)配制固相先驅(qū)粉將IO3與BaC03、Cu0粉按摩爾比為1 1 1的比例混合，用固態(tài)反應法制成IBaCuO5 粉，取IBaCuO5粉加入到球磨機，添加ABaCuO5粉質(zhì)量0. 1 % 2 %的Bi2O3粉或0. 1 % 3 % 的 WO3 粉，混合均勻，制備成(1-x) Y2BaCu05+xBi203 或(l_y) Y2BaCu05+yW03 固相先驅(qū)粉；上式中 0. 001 ^ χ ^ 0. 02,0. 001 彡 y 彡 0. 03 ；(2)配制液相源粉將IO3與BaC03、Cu0按摩爾比為1 4 6混合，用固態(tài)反應法燒結(jié)成TOa2Cu307_s粉體，BaCO3與CuO按摩爾比為1 1，用固態(tài)反應法燒結(jié)成BaCuO2粉體，將YBa2Cu3O7^5粉體與CuO粉、BaCuO2粉按摩爾比為1 2 3混合均勻，作為液相源粉；上式中0彡δ彡1 ；(3)壓制固相先驅(qū)塊和液相塊取(1-x) Y2BaCu05+XBi203固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成形狀相同厚度不同的 (l-x)Y2BaCu05+xBi203固相先驅(qū)塊和液相塊；固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1. 2 1. 56 ；取(l-yH2BaCU05+yW03固相先驅(qū)粉和液相源粉，分別壓制成形狀相同厚度不同的 (11八加0105+7103固相先驅(qū)塊和液相塊；固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1.2 1. 56 ；(4)壓制支撐塊將Y2O3粉壓制成與IBaCuO5先驅(qū)塊和液相塊形狀相同的坯塊，作為支撐塊；(5)制備釹鋇銅氧籽晶塊取 54. 8586g Nd2O3>32. 1727g BaCO3>12. 9687g CuO 粉混合，Nd2O3 與 BaCO3、CuO 粉的摩爾比為 1 1 1，用固態(tài)反應法制成 Nd2BaCuO5 粉；取 20. 9895g Υ203、49· 2386gBaC03、 29. 7719g CuO粉混合，Nd2O3與BaC03、CuO粉的摩爾比為1 4 6，用固態(tài)反應法制成 NdBa2Cu3O7^5粉；將Nd2BaCuO5粉體與NdB￡i2Cu307_s粉體按照質(zhì)量比為1 3混合均勻，作為先驅(qū)塊，用頂部籽晶熔融織構(gòu)方法在爐子中進行燒結(jié)，取自然解理的小方塊作為釹鋇銅氧籽晶塊；上式中0彡δ彡1 ；(6)坯體裝配及放置方法在Al2O3墊片(6)上表面至下而上依次放置MgO單晶片(5)、支撐塊0)、液相塊(3)、(l-XH2BaCu05+XBi203固相先驅(qū)塊或(l-yK2BaCu05+yW03固相先驅(qū)塊、釹鋇銅氧籽晶塊 ⑴；(7)熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材將裝配好的坯體放入管式爐中，以每小時80 120°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時40 60°C的升溫速率升溫至1040 1045°C，保溫1 2. 5小時；以每小時60°C的降溫速率降溫至1015 1025°C，以每小時0. 1 0. 5°C的降溫速率慢冷至980 990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧塊材；(8)滲氧處理將單疇釔鋇銅氧塊材置入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，440 410°C的溫區(qū)中慢冷200小時，得到單疇釔鋇銅氧超導塊材。
2.按照權(quán)利要求1所述的單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法，其特征在于在配制固相先驅(qū)粉步驟⑴中，取Y2BaCuO5粉加入到球磨機，添加ABaCuO5粉質(zhì)量0. 7 %的Bi2O3粉， 混合均勻，制備成(1-x) Y2BaCuOJxBi2O3固相先驅(qū)粉；在壓制(l_xH2BaCu05+xBi203固先驅(qū)塊和液相塊步驟(3)中，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1. 44 ；在熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材步驟(6)中，將裝配好的先驅(qū)塊放入管式爐中，以每小時100°C的升溫速率升溫至900°C，再以每小時50°C的升溫速率升溫至1045°C，保溫2小時；以每小時60°C的降溫速率降溫至1020°C，再以每小時0. 3°C的降溫速率慢冷至990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧超導塊材。
3.按照權(quán)利要求1所述的單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法，其特征在于在配制固相先驅(qū)粉步驟(1)中，取Y2BaCuO5粉加入到球磨機，添加ABaCuO5粉質(zhì)量1. 5 %的WO3粉， 混合均勻，制備成(l-yK2BaCu05+yW03固相先驅(qū)粉；在壓制(l-yK2BaCu05+yW03固相先驅(qū)塊和液相塊步驟(3)中，固相先驅(qū)粉與液相源粉的質(zhì)量比為1 1. 44 ；在熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材步驟(6)中，將裝配好的先驅(qū)塊放入管式爐中，以每小時100°C的升溫速率升溫至 9000C，再以每小時50°C的升溫速率升溫至1045°C，保溫2小時；以每小時60°C的降溫速率降溫至1020°C，再以每小時0.3°C的降溫速率慢冷至990°C，隨爐自然冷卻至室溫，得到單疇釔鋇銅氧超導塊材。
4.按照權(quán)利要求1所述的單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法，其特征在于在制備坯體(5)中，所述的MgO單晶片有等高的3 5片。
5.按照權(quán)利要求1所述的單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法，其特征在于在制備坯體(5)中，所述的支撐塊、液相塊、固相先驅(qū)塊為外徑相同的圓柱體。
全文摘要
一種單疇釔鋇銅氧超導塊材的制備方法，由配制Y2BaCuO5先驅(qū)粉、配制液相源粉、壓制Y2BaCuO5先驅(qū)塊和液相塊、壓制支撐塊、制備坯體、熔滲生長單疇釔鋇銅氧塊材、滲氧處理步驟組成。本發(fā)明采用頂部籽晶熔滲生長法，通過添加金屬氧化物(Bi2O3粉體和WO3粉體)摻雜成功地引入了第二相納米粒子Y2Ba4CuBiOx/Y2Ba4CuMOx(M為Bi、W)來形成磁通釘扎中心，簡化了粉體制備的工藝、縮短了實驗周期、降低了實驗成本、提高了超導塊材的磁通釘扎能力。采用了Y2O3制備支撐塊，在釔鋇銅氧塊材的慢冷生長過程中，穩(wěn)定地支撐上面的兩個坯塊，阻止液相的流失。本發(fā)明可用于制備釔鋇銅氧超導塊材，也可用于制備Gd、Sm、Nd、Eu等其他系列的高溫超導塊材。
文檔編號C30B29/22GK102534787SQ20121004810
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者李國政, 楊萬民, 王妙 申請人:陜西師范大學