[發明專利]階梯型加速緩冷快速生長REBCO高溫超導塊體的方法

有效

• 申請號: 201210514213.7
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103060914A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 姚忻;彭波南;程玲;莊宇峰;許恒恒;郭林山;王偉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B11/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種高溫超導材料的制備方法，尤其涉及一種階梯型加速緩冷快速生長REBCO高溫超導塊體的方法。

背景技術

自REBa₂Cu₃O_x(簡稱REBCO、RE123、稀土鋇銅氧)超導體被發現以來，就引起了人們的廣泛關注。由于其具有完全抗磁性、高臨界電流密度和高凍結磁場等特性，REBCO超導塊材在諸如磁懸浮力、磁性軸承、飛輪儲能和永磁體等方面有許多潛在的應用。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(Jc)。因此，大尺寸超導塊體材料的制備是制約塊體材料實際應用的關鍵。目前，頂部籽晶熔融織構法(TSMTG)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。在生長過程中，NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶被放置在REBCO前驅體的上表面中心，作為形核點誘導REBCO塊體按照籽晶取向定向凝固生長，最終形成單一c軸取向的單疇超導塊材。但是，由于降溫速率控制的不合理，塊體生長的驅動力不足，使得RE123的生長速率很低，得到大尺寸的超導塊材需花費較長時間；而過長的生長時間會導致第二相RE211晶粒粗化，影響塊材性能。簡單的提高降溫速率，雖然可以提供足夠的驅動力，在某種程度上可以縮短生長時間，但是，這同時也會引起自發形核的問題。而且，也沒有解決因第二相在生長前沿逐漸富集而導致的生長速度變慢，最終停止的問題。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種階梯型加速緩冷快速生長REBCO高溫超導塊體的方法，實現在保證籽晶誘導生長的同時，解決產生自發形核和第二相的富集問題。

發明內容

有鑒于現有REBCO超導塊體生長技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種階梯型加速緩冷快速生長REBCO高溫超導塊體的方法，通過在生長區間內，采用階梯型加速緩冷的生長程序，快速生長REBCO高溫超導塊體，實現了在保證籽晶誘導生長的同時，解決產生自發形核和第二相的富集的問題，而且，逐步提高的降溫速率，保證了生長所需的越來越大的驅動力。

為實現上述目的，本發明提供了一種階梯型加速緩冷快速生長REBCO高溫超導塊體的方法，以c軸取向的NdBCO/YBCO/MgO薄膜為籽晶，將所述薄膜籽晶的ab面接觸前驅塊體的上表面，將所述前驅塊體和所述薄膜籽晶置于生長爐中進行熔融結構生長，所述生長爐的具體溫度程序為：從室溫開始經過5h升溫至960℃，保溫3h；繼續加熱，升溫至最高溫度T_max，保溫1～2h；在15min內，降溫至起始生長溫度T_s；在生長溫度區間內，采用階梯型加速緩冷的生長程序，生長REBCO高溫超導塊體。

所述階梯型加速緩冷的生長程序采用階梯型的逐漸增加的降溫速率，包括一個以上生長階段，不同生長階段的降溫速率不同，每個所述生長階段的降溫速率比其前一個生長階段的降溫速率高25％～100％，每個所述生長階段的降溫速率相同，每個所述生長階段的生長時間為5～15h。其中，所述生長時間和所述降溫速率與所述前驅塊體的尺寸有關，所述前驅體的尺寸越大，所述生長時間越長，所述降溫速率增加越緩慢。

進一步地，其中，所述前驅塊體的制備步驟為：

1、按照RE∶Ba∶Cu＝1∶2∶3和RE∶Ba∶Cu＝2∶1∶1的比例，將RE₂O₃、BaCO₃和CuO粉末混合以獲得RE123相和RE211相粉料，按照RE∶Ba∶Cu＝2∶4∶2的比例將RE₂O₃、BaO₂和CuO粉末混合以獲得RE242相粉料，按照RE∶Ba∶Cu∶Bi＝2∶4∶1∶1的比例將RE₂O₃、BaCO₃、CuO和Bi₂O₃粉末混合以獲得RE2411相粉料。

2、分別將步驟1所述RE123相粉料、所述RE211相粉料、所述RE242相粉料和所述RE2411相粉料充分研磨均勻后、燒結，將燒結后的粉末再次研磨、燒結，重復三次，得到組分均勻單一的RE123純相粉末、RE211純相粉末、RE242純相粉末和RE2411純相粉末。