一种镁掺杂钕钡铜氧大籽晶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高温铜氧化物超导材料技术领域，具体涉及到一种镁掺杂钕钡铜氧大籽晶的制备方法。
【背景技术】
[0002]利用顶部籽晶技术引导生长的单畴RE-Ba-Cu-O (RE=Y,Gd, Sm,Nd等)高温超导块材，能有效消除在多晶或多畴样品中存在的弱连接现象，因此样品能承载很高的体临界电流，表现出很高的捕获磁场和磁悬浮性能，在微型超导磁体、超导电机、磁悬浮轴承、储能飞轮和磁悬浮列车等方面具有广阔的应用前景。
[0003]因为单畴RE-Ba-Cu-O超导块材是在籽晶的诱导下进行成核并定向生长的，所以籽晶的品质直接决定了单畴样品能否生长成功，并影响样品最终的性能。在目前的实验中，尽管每一个籽晶都是精心挑选的，但由于籽晶的问题而导致的样品生长失败仍是无法完全避免的。其主要原因是在热处理过程中，籽晶一方面要经受高温带来的熔化作用，另一方面也会受到籽晶底面的Ba-Cu-O液相的侵蚀溶解作用。如果籽晶的尺寸较小、厚度较薄，又或者籽晶的致密度较低、孔洞较多，其被破坏的几率大大增加，最终将无法引导单畴RE-Ba-Cu-O样品的成功生长。
[0004]英国剑桥大学的Cardwell小组研究发现，在传统的Nd-Ba-Cu-O (钕钡铜氧)籽晶中掺杂少量的MgO可将籽晶的熔化温度提高约20°C，同时获得了更好的化学稳定性。但是，他们的制备方法需要用到NdBa2Cu3O7 5和Nd ^a2Cu2O1。两种前驱粉末，工艺繁琐、效率低。此夕卜，所得到的籽晶尺寸都很小，一般不超过3mmX3mm。因此，有必要发展出一种更加简单、高效的，能获得更大尺寸的Mg掺杂钕钡铜氧籽晶的制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于提供一种更加简单、高效的，仅需一种前驱粉即可完成且能制备出大尺寸Mg掺杂钕钡铜氧籽晶的制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:
一种镁掺杂钕钡铜氧大籽晶的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成:
(1)配制NcUBa2.3Cu3.3Ox前驱粉:
将Nd2O3与BaO、CuO初始粉按摩尔比为1.6:2.3:2.3的比例混合均匀，在920°C烧结30小时，制成名义组分为Nd1.Pa2JCui3O3^前驱粉;
(2)压制前驱块:
在Ndh6Bai3Cui3Ox前驱粉中添加0.5%?1.5% (w/w)的MgO初始粉，混合均匀，然后放入圆柱型模具中，压制成前驱块；
(3)熔化生长Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材:
将前驱块放在Al2O3垫片上，中间隔以5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入井式炉中，以每小时240°C的升温速率升温至920°C，保温10小时；再以每小时60°C的升温速率升温至1140°C，保温I小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1085?1090°C，再以每小时0.50C的降温速率慢冷至1040?1045°C，随炉冷却至室温，得到Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材；
(4)解理籽晶:
将Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材砸开成几块，用尖嘴钳进行解理，获得Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶。
[0007]在本发明的压制前驱块步骤(2)中，在Ndh6Bai3Cui3Ox前驱粉中最佳添加1% (w/w)的MgO初始粉。在熔化生长Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材步骤(3)中，最佳以每小时240°C的升温速率升温至920°C，保温10小时；再以每小时60°C的升温速率升温至1140°C，保温I小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1090°C，再以每小时0.50C的降温速率慢冷至10400C，随炉冷却至室温，Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材。
[0008]本发明公开的Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶的制备方法与现有技术相比所具有的积极效果在于:
(I)本发明仅使用NduBai3Cik3Ox—种前驱粉即可成功制备Mg掺杂钕钡铜氧籽晶，相比使用两种前驱粉的传统方法，本发明的方法更简单，效率更高。
[0009](2)本发明制备的Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材上含有尺寸达15mm的大畴区，因此可轻易解理下一系列尺寸达5_X5_的大籽晶，而传统方法制备的籽晶尺寸一般都在3mmX 3mm以下。相比小籽晶，大籽晶的热稳定性更好，也能更容易控制被诱导块材生长时的取向一致性。
[0010]【附图说明】:
图1是实施例1制备的Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材的表面形貌图；
图2是实施例1应用Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶引导生长的钇钡铜氧单畴块材的表面形貌图；
图3是实施例2制备的Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材的表面形貌图；
图4是实施例2应用Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶引导生长的钇钡铜氧单畴块材的表面形貌图；
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。其中所用到的Nd203、BaO, CuO和MgO化学原料均有市售。
[0012]实施例1
(1)配制NcUBa2.3Cu3.3Ox前驱粉:
取 45.6589g Nd2O3与 59.8162g BaO、44.5249g CuO 初始粉混合均匀，即 Nd 203与BaO, CuO初始粉的摩尔比为1.6:2.3:2.3，在920 °C烧结30小时，制成名义组分为NduBauCik3O3^前驱粉;
(2)压制前驱块:
取20g Nd1.Jai3Cui3Oj驱粉，添加0.2g MgO初始粉，即在Nd ^Ba^Cu^Oj驱粉中添加1% (w/w)的MgO初始粉，混合均匀，然后放入直径26mm的圆柱型模具中，压制成前驱块； (3)熔化生长Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材:
将前驱块放在Al2O3垫片上，中间隔以5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入井式炉中，以每小时240°C的升温速率升温至920°C，保温10小时；再以每小时60°C的升温速率升温至1140°C，保温I小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1090°C，再以每小时0.5°C的降温速率慢冷至1040°C，随炉冷却至室温，得到Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材；
(4)解理籽晶:
将Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材砸开成几块，用尖嘴钳进行解理，获得Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶。图1展示了所制备的Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材的表面形貌图。由图可见，样品表现出典型的多畴形貌，其中最大的畴区尺寸在15mm以上。因此，在大畴区上可解理下尺寸在5mmX5mm以上的大籽晶。将解理下的大籽晶应用到一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法(申请号:201510091846.5)中，成功引导生长出单畴钇钡铜氧样品，其表面形貌如图2所示。
[0013]实施例2
在压制前驱块步骤(2)中，取20g Ndh6Bai3Cui3Ox前驱粉，添加0.1g MgO初始粉，即在NduBauCuiA前驱粉中添加0.5% (w/w)的MgO初始粉，混合均匀，然后放入直径26mm的圆柱型模具中，压制成前驱块。其他步骤与实施例1相同。获得Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶。
[0014]图3展示了所制备的Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材的表面形貌图。由图可见，样品表现出典型的多畴形貌，其中最大的畴区尺寸在15mm以上。因此，在大畴区上可解理下尺寸在5mmX5mm以上的大籽晶。将解理下的大籽晶应用到一种由粉末熔化-液相渗透组合方式制备纳米复合钇钡铜氧超导块材的方法(申请号:201510339626.X)中，成功引导生长出单畴钇钡铜氧样品，其表面形貌如图4所示。
[0015]实施例3
在压制前驱块步骤(2)中，取20g Ndh6Bai3Cui3Ox前驱粉，添加0.3g MgO初始粉，即在NduBauCuiA前驱粉中添加1.5% (w/w)的MgO初始粉，混合均匀，然后放入直径26mm的圆柱型模具中，压制成前驱块。
[0016]在熔化生长Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材步骤(3)中，将前驱块放在Al2O3垫片上，中间隔以5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入井式炉中，以每小时240°C的升温速率升温至920°C，保温10小时；再以每小时60°C的升温速率升温至1140°C，保温I小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1085°C，再以每小时0.5°C的降温速率慢冷至1045°C，随炉冷却至室温，得到Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材。其他步骤与实施例1相同。获得Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶。
【主权项】
1.一种镁掺杂钕钡铜氧大籽晶的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行: (1)配制NcUBa2.3Cu3.3Ox前驱粉: 将Nd2O3与BaO、CuO初始粉按摩尔比为1.6:2.3:2.3的比例混合均匀，在920°C烧结30小时，制成名义组分为Nd1.Pa2JCui3O3^前驱粉; (2)压制前驱块: 在Ndh6Bai3Cui3Ox前驱粉中添加0.5%?1.5% (w/w)的MgO初始粉，混合均匀，然后放入圆柱型模具中，压制成前驱块； (3)熔化生长Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材: 将前驱块放在Al2O3垫片上，中间隔以5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入井式炉中，以每小时240°C的升温速率升温至920°C，保温10小时；再以每小时60°C的升温速率升温至1140°C，保温I小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1085?1090°C，再以每小时0.50C的降温速率慢冷至1040?1045°C，随炉冷却至室温，得到Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材； (4)解理籽晶: 将Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材砸开成几块，用尖嘴钳进行解理，获得Mg掺杂钕钡铜氧大籽晶。2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于在压制前驱块步骤(2)中，在NduBauCUDOx前驱粉中添加1% (w/w)的MgO初始粉；在熔化生长Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材步骤(3)中，将前驱块放在Al2O3垫片上，中间隔以5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入井式炉中，以每小时240°C的升温速率升温至920°C，保温10小时；再以每小时60°C的升温速率升温至1140°C，保温I小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1090°C，再以每小时0.5°C的降温速率慢冷至1040°C，随炉冷却至室温，得到Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材。
【专利摘要】本发明公开了一种镁掺杂钕钡铜氧大籽晶的制备方法，由配制Nd1.6Ba2.3Cu3.3Ox前驱粉、压制前驱块、熔化生长Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材、解理籽晶步骤组成。本发明仅使用Nd1.6Ba2.3Cu3.3Ox一种前驱粉即可成功制备Mg掺杂钕钡铜氧籽晶，方法简单，效率高。此外，本方法熔化生长的Mg掺杂钕钡铜氧多畴块材上含有尺寸达15mm的大畴区，因此可轻易解理下一系列尺寸达5mm×5mm的大籽晶，相比传统使用的小籽晶，其热稳定性更好，也能更容易控制被诱导块材生长时的取向一致性。
【IPC分类】C30B9/04, C30B29/22
【公开号】CN105063754
【申请号】CN201510621221
【发明人】李国政
【申请人】天津师范大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年9月28日