[發明專利]微量稀土元素摻雜釔鋇銅氧超導塊體材料的制備方法

無效

• 申請號: 200810038200.0
• 申請日: 2008-05-29
• 公開（公告）號: CN101279847A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 姚忻;許雪芹;蔡衍卿
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/45;C04B35/622
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 毛翠瑩

技術領域

本發明涉及一種微量稀土元素摻雜釔鋇銅氧超導塊體材料的制備方法，特別涉及一種采用其它稀土元素(RE)微量取代釔鋇銅氧(YBCO)中的Y，以實現高速生長YBCO超導塊體材料的方法。

背景技術

熔融織構法(MTG)被普遍認為是一種極具潛力的REBCO高溫超導塊體材料制備方法。這些塊體材料有許多潛在的應用，如可用于磁懸浮力、磁性軸承、飛輪儲能和永磁體等方面。而在應用層面對塊材的要求一般為具有較大的尺寸，較高的臨界電流密度(J_c)。目前國內可用熔融織構法批量化制備出d＝30mm的YBCO塊材，國外可用熔融織構法制備出d＝60mm的YBCO塊材，并且已經商品化。眾所周知，高溫超導塊材的磁懸浮力隨樣品尺寸增大而增大，所以在目前階段塊材應用研究的目標之一即為制備具有較大尺寸的超導單疇。但是目前在制備更大尺寸(d＞50mm)方面還存在一些技術上的困難：(1)YBCO亞穩區生長區間小，大尺寸塊體材料必須采用較慢的降溫速度；(2)稀土溶質(Y)在Ba-Cu-O溶濟中溶解度小，溶解度溫度系數大(液相線斜率大)，導致生長速度慢。利用非磁性元素如：Zn，Al進行Cu位取代，雖然也可以提高YBCO超導材料的Jc及其磁通釘扎能力，但是對于提高塊材的生長速度不利。

發明內容

本發明的目的在于針對相應技術的不足，提供一種微量稀土元素摻雜釔鋇銅氧超導塊體材料的制備方法，不僅工藝簡單，可以制備出無污染、取向性好的大單疇高溫超導塊體材料，更可以提高塊體材料的生長速度，縮短生長時間，提高效率。

為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，使用的是與Y同一周期其它稀土元素(RE：Pr，Sm和Nd)部分取代YBCO中的Y。由于與Y相比較而言，RE在Ba-Cu-O熔體中的溶解度和溶解度溫度系數較高，因而利用RE取代Y生長YBCO超導塊材具有較高的生長速度。(Y，RE)BCO體系中RE的分配系數大于1，因而(Y，RE)BCO的T_p隨著RE含量增加而提高，即(Y，RE)BCO的T_p較YBCO的高。第一，(Y，RE)BCO的T_p提高會使得(Y，RE)BCO的生長區間變寬，增加了超導塊材有效生長時間。第二，(Y，RE)BCO的T_p提高使得同一溫度下的ΔT增大，提高了塊材的生長速度。第三，(Y，RE)BCO體系中RE的分配系數大于1，當遠離生長界面時，RE在Ba-Cu-O熔體中的濃度逐漸減小。也就是說，(Y，RE)BCO塊體中RE的濃度以籽晶為中心呈梯度分布，隨著與籽晶距離增加，(Y，RE)BCO塊體的RE的濃度遂漸減小。而(Y，RE)BCO的T_p隨著RE含量增加而提高。因而(Y，RE)BCO塊體的T_p也以籽晶為中心呈梯度分布，隨著與籽晶距離增加，(Y，RE)BCO塊體的Tp遂漸減小。T_p的這種梯度分布克服了大尺寸塊材生長過程中的自發形核問題，使得可以得到完整的準單疇結構。因此Pr，Sm和Nd微量取代是一種很好的實現快速生長大尺寸YBCO超導塊材的方法。

要實現微量稀土元素摻雜快速生長大尺寸稀土鋇銅氧超導塊體材料，首先要按照適當比例將Y123，RE123和Y211來進行組分配料，煅燒研磨多次后，壓制成前驅體片并在其頂部放上SmBCO單晶作籽晶，通過包晶反應：Y211+L→(Y，RE)BCO獲得(Y，RE)BCO塊體材料。

本發明的方法具體步驟如下：

1、按照(Y，RE)123+(20～35)mol％RE211組分配料；

2、在850-950℃下煅燒24-48小時，然后研磨；該煅燒、研磨過程共重復3遍；

3、將煅燒后研磨好的粉末壓制成前驅體片，頂部放上一小塊SmBCO單晶作為籽晶；

4、將前驅體片放在MgO單晶襯底上，整個體系放入密封系統中；

5、2小時升溫至YBCO的包晶反應溫度以下20-50℃，保溫1-2小時；繼續加熱，2小時升溫至包晶溫度以上30±5℃，保溫1-3小時；

6、在15分鐘內將溫度降低至包晶反應溫度以下5-10℃，然后以每小時0.3-1℃的速率降溫至包晶反應溫度以下20-40℃，最后隨爐冷卻制得超導塊體材料。

本發明所述的RE為Pr、Sm或Nd。