[發明專利]一種制備鈣摻雜YBCO高溫超導單晶體的方法

有效

• 申請號: 201810939190.1
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109023526B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 姚忻;錢俊;萬炎;黃思敏;尹伊倩
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B15/36
• 代理公司: 上海晨皓知識產權代理事務所(普通合伙) 31260
• 代理人: 成麗杰

本發明公開了一種用于制備鈣摻雜釔鋇銅氧高溫超導單晶體的方法，包括步驟：(a)將BaCO₃粉末和CuO粉末按照一定比例進行配料、濕磨和燒結，獲得Ba_xCu_yO_Z粉末；(b)將Ba_xCu_yO_Z粉末、氧化釔以及氧化鈣加入到鈣穩定的氧化鋯(CaSZ)坩堝中加熱至第一溫度，并繼續保溫，獲得Ca?Y?Ba?Cu?O溶液，再冷卻至第二溫度；(c)使用YBCO/MgO薄膜作為籽晶，在第二溫度的Ca?Y?Ba?Cu?O溶液保溫生長50～100小時。本發明開創性地引入了CaSZ坩堝，不僅解決了Ca?Y?Ba?Cu?O溶液對于傳統的氧化釔坩堝浸潤性強、Ca?Y?Ba?Cu?O溶液液體流失嚴重的問題，而且CaSZ坩堝可以持續不斷地提供生長過程中被消耗的Ca元素，獲得高鈣含量、均勻摻雜釔鋇銅氧單晶體。

技術領域

本發明涉及高溫超導體材料，尤其涉及一種制備鈣摻雜YBCO高溫超導單晶體的方法，更具體地涉及一種制備高鈣含量且鈣均勻摻雜YBCO高溫超導單晶體的方法。

背景技術

自釔鋇銅氧YBa₂Cu₃O_x(簡稱YBCO、Y123)超導體被發現以來，因其完全抗磁性，高臨界電流密度和高凍結磁場等性質所帶來的巨大商業潛能，如飛輪儲能，永磁體，磁懸浮力元件等，引起了人們廣泛的關注。一方面，由于傳統的BCS理論無法完全解釋YBCO高溫超導體的超導機制，因此世界范圍內的物理學家需要高質量的高溫超導晶體，探索高溫超導緣由；另一方面，Ca離子替代在YBCO體系正吸引著越來越多人的關注，因為這種材料的研究能夠為超導機制的研究提供一些新的見解，而且能夠為實際應用提高超導性能。

頂部籽晶提拉法被普遍認為是一種極具潛力的YBCO高溫超導晶體的制備方法。在頂部籽晶提拉YBCO高溫超導單晶體的過程中，籽晶被固定在連接桿上緩慢靠近飽和溶液表面，作為唯一的形核點誘導YBCO超導單晶體的生長。由于頂部籽晶提拉法的生長條件接近平衡態，使用晶格失配度較小的材料作為籽晶誘導生長得到的晶體具有低缺陷、高平整度、高結晶性能等特點。另外，由于頂部籽晶提拉在非真空條件下進行，因而這種方法具有制備成本低等優點。

發明內容

有鑒于現有技術的上述需求，本發明所要解決的技術問題是提供一種方便、高效的方法，用于高鈣含量、均勻摻雜YBCO高溫超導單晶體。

發明人發現，以往金屬元素摻雜的YBCO超導晶體的制備，通常選用Y₂O₃坩堝，在加入Ba_xCu_yO_Z助熔劑的同時也加入粉狀摻雜金屬的氧化物。然而在生長高鈣含量、均勻摻雜YBCO時，這個方法表現出巨大的局限性導致無法成功生長。主要問題在于Ca-Y-Ba-Cu-O的熔體對Y₂O₃坩堝有相當大的浸潤性，導致在助熔劑的熔化保溫階段，液體就已經大量流失，無法進行后續的生長。其次，發明人還嘗試使用釔穩定氧化鋯作為坩堝，在其中添加氧化鈣，然而由于生長過程中Ca元素的不斷消耗，又無法在生長過程中持續不斷地進行補充，所得的鈣摻雜晶體存在嚴重的成分偏析。

基于此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種方便、高效的方法，用于高鈣含量、均勻摻雜YBCO高溫超導單晶體，克服現有技術中Ca-Y-Ba-Cu-O熔體流失嚴重，無法進行晶體生長的重大局限性以及無法補充Ca元素帶來的成分偏析。

為實現上述目的，本發明提供了一種制備高鈣含量、均勻摻雜YBCO高溫超導單晶體的方法，包括如下工序：

(a)將BaCO₃粉末和CuO粉末進行配料，獲得BaCO₃+CuO粉料，所述BaCO₃+CuO粉料中的Ba和Cu的摩爾比為0.4～0.7；