专利名称：室温超导材料制造方法
技术领域：
本发明属于室温超导材料制造方法。
1911年荷兰科学家翁纳斯发现的“超导”现象，使科学家的宿愿得以实现，从而震动了全世界的科学家。翁纳斯，他是使高纯度的水银用液氮逐步冷却，同时测量其电阻，果然电阻逐渐随之减小。并且在绝对温度4K(-269℃)附近，出现了意想不到的奇迹;电阻在此之前一直是在缓慢地减小，然而到达此温度，却突然跌落下来而成为零。从此，有些国家开始了超导研究，形成了第一次“超导热”。之后，70年来，虽然，超导研究也取得了一定的进展，但却是很缓慢的，几乎使“超导热”冷了下来。然而，1986年秋天，贝德诺尔茨和米勒教授宣布，发现了新的超导材料-陶瓷超导体，再次引起了全世界对超导体的“狂热”，日、美等先进国家的科学家竟相研究，力图在这方面取得新的突破，以求达到实用;我国的科学家在超导方面也取得了世人瞩目的成就，我国著名超导专家赵忠贤教授为此而荣获第三世界科学院院士的称号，为祖国争得了荣誉。
据1987年5月8日《日本经济新闻》报导，美国的能量转换装置公司(ECD)研制了“在绝对温度155K下工作的新型超导材料”，并评述“这种新型超导材料刷新了以往的记录”。1987年5月24日日本《晨报》报导休士顿大学的P·朱博士发现了在225K下电阻为零的新物质，但还存在着不稳定因素。据《中国物理文摘》90年第三期上报导，我国研制的铊-钡-钙-铜-氧(Tl-Ba-Ca-Cu-O)超导材料零电阻温度达120K，成果仍处于超导研究行业的前列。
自从翁纳斯1911年发现超导现象至今，已有70多年。在此期间又发现不仅有单质，还有碳化物，氮化物，硫化物，硼化物，氧化物，氧化物的化合物(陶瓷)，合金等在低温条件下具有超导性能的各种物质，以上超导材料的临界温度，实际上与室温相比还有很大差距，这样的低温超导材料，在使用上受到很大限制，各行各业根本不可能广泛地采用低温超导材料。目前，国内外均在研究“高温”超导材料(但问题处于零下温区)，用化学方法进行优化组合，优化配方，固然能够提高材料的超导临界温度，临界电流密度和临界磁场;但是，这种方法所能够提高的临界温度，临界电流密度，临界磁场的数值却是有限的，并且这种方法不能够提高单质超导材料的临界温度，临界电流密度，临界磁场。实践证明，BCS超导理论已遇到严重困难，按现在使用的方法几乎无法制造出室温超导材料。因此，开拓性地设法提高其超导材料的临界温度，临界电流密度，临界磁场以及实现材料的室温超导性具有十分重要的意义。
本发明的目的就是针对传统方法的局限，开创性地提供了一种室温超导材料的制造方法。
本发明的实质内容是将普通材料，在850°～1000℃高温条件下热轧，热拉，实用成形之后，用高温炉给成形品加温到850°～1200℃，然后，将其成品迅速送入装有低温冷却剂的超高压压力容器内进行超高压冷却处理，最后即可得到室温超导材料。
1.其工艺流程图参见附
图12.其主要技术要求①热轧、热拉、实用成形的温度控制在850°～1000℃;
②成形品高温控制在850°～1200℃;
③冷却剂温度低于-150℃;
④超高压压力强度P＞30万个大气压。注不同普通材料转变为室温超导材料所要求的P值不相同。
⑤超高压冷却处理时间T≥300秒;
⑥外压力和材料的收缩应力必须同时发生;
⑦减压速度控制在1000个大气压/秒范围内;
⑧超导材料释放出的热量和超导“潜热”必须经热交换器迅速从超高压压力容器(简称超高压冷却缶)里排出。
3.主要装置和设备实施本发明所需要的装置和设备，除现有的冶炼装置和设备之外，还应增加①高温热轧设备;②高温热拉设备;③高温实用成形设备;④成形品升温炉;⑤超高压冷处理设备(包括超高压压力发生器，超高压压力容器，制冷装置，热交换器);⑥电脑自动控制设备。
实施本发明的关键性设备是超高压冷处理设备。
本发明与现有技术相比所具有的优点及其效果新的理论和实验(参见主要参考文献《宇宙相对论》和《宇宙相对论量子力学》)证明物质吸收电磁波(热的本质被证明仍是电磁波)时，原子核与原子核的间距扩大、物体膨胀，其电子围绕原子核的旋转运动轨道半径反而减小(即原子的真半径减小)，电子作加速运动;当物质释放出电磁波(即释放出热量)时，原子核与原子核的间距缩小，物体收缩，电子围绕原子核的旋转运动轨道半径反而增大，电子作减速运动。因此，可以说，物质释放出热量后，电子将远离原子核，电子所受到的库仑吸引力也必将逐步减小。
新的理论认为物质主要分为五态超导态→固态→液态→汽态→中子态(电子全部掉入原子核，与质子中和为中子，即热核聚变态)。同种物质从一种状态变为另一种状态时，都要吸收或者放出其“潜热”，温度从最低点逐步升高时，物质吸收热量和“潜热”，物态就从超导态向固态、液态、汽态，中子态逐步转化;温度从最高点逐步降低时，物质释放出热量和“潜热”，物态就从中子态向汽态、液态、固态、超导态逐步转化;“潜热”既不能使温度升高也不能使温度降低，它只能够使物态从一种状态转化为另一种状态。即实现材料的超导性就是设法释放出超导“潜热”。
在高温条件下(熔点以上)，不同元素的原子重新化合成新物质时，就会因核电荷数不同，而导致新分子内部的原子核及其电子的相对运动失去动态平衡;这时候，库仑吸引力大于库仑排斥力，即合力不为零。在此合力(内力)的作用下，为恢复新分子内部原子核及其电子的动态平衡，原子核与原子核之间距要缩小，以增大库仑斥力;同时，电子被迫作减速运动，在惯性力的作用下，电子必然要放出电磁波(热量)，因此，电子就逐步远离原子核，以达到新分子的动态平衡，电子受到原子核的库仑吸引力就逐步减小(E→O)，部分电子已经释放出超导“潜热”，这部分电子脱离原子核，而处于相对静止状态(不再作旋转运动)。这一部分电子运动的阻力就为零。故用传统的化学方法进行优化组合，优化配方能够适当提高超导临界温度、临界电流密度、临界磁场。但是，它们的提高却是有限度的。因为，这种“内力”大小，它只能够使少数量的低能电子释放出超导“潜热”，即只能使少数低速度(或低能)电子处于超导态。这种超导态是不稳定的。
而本发明是一种物理方法，即外力法。当物质在外力的作用下，其物质分子结构里处于相对运动的原子核、电子将失去动态平衡，为恢复新的动态平衡，原子核与原子核之间距要缩小，以增大库仑斥力，电子被迫作减速运动，在惯性力的作用下，电子就会放出电磁波(热量)。当外力(P)超过某个极大值时，这种物质就会释放出超导“潜热”(超导“潜热”的特点与熔解热、汽化热一样)。当材料释放出超导“潜热”之后，它便转化为稳定的“超导态”。外力(P)的来源有两种方法①机械动力法-将机械动力设法传到被处理的物体上使物体(材料)释放出超导“潜热”的方法;②低温冷却收缩法-使材料在高温(熔点以下)，突然进行低温快速冷却处理，使材料快速收缩产生强大的收缩应力来实现释放超导“潜热”的方法。因为机械动力是一种人为的外力，它是可以根据不同的要求，调小或调大。即相对于单纯的内力法来说，外力是一种无限制的力，可以人为控制和调整。
因此本发明的优点是①这种方法能使所有的物质(包括单质在内)提高其超导性能(临界温度，临界电流密度，临界磁场);②这种方法能够制造出稳定而适用的室温超导材料。
室温超导材料将广泛地用于各行各业，并将迅速引起新的产业革命。如实现热核聚变，实现电能储存，实现全球电力网联合供电等。因此，室温超导技术的实现不仅对物理学的实验装置，而且对工业，军事等各方面都将具有广泛的非常深刻的影响。不仅如此，对至今尚未被人们注意到的新领域还会被发现和运用。
本发明的最佳实施例在实验室制造出室温超导材料的最简易方法，是利用已成功的低温超导材料，在850°～1000℃的温度下进行热轧，热拉，实用成形(尤其是做成园柱形)，再给成形品加温到850°～1200℃，并将其成形品迅速送入装有冷却剂(液氮或液氦)的超高压压力容器内(在实验室，要求压力容器的允许压力为小于100万个大气压)进行超高压(要求P＞30万个大气压;对已达125K的低温超导材料，要求30万个大气压＜P＜50万个大气压)冷却处理，即可实现其室温超导性，而得到室温超导材料。
最佳实施例所需设备为热轧设备，热拉设备，实用成形设备，超高压冷却缶(超高压压力容器)，超高压压力发生器，热交换器，电脑自动控制装置等。
可供选用的低温超导材料①铋-锶-钙-铜-氧(Bi-Sr-Ca-Cu-O)，其转变温度为117K，零电阻温度79K。
②铊-钡-钙-铜-氧(Tl-Ba-Ca-Cu-O);其转变温度为117K，零电阻温度为104K。
③Ba2-Gd-Cu3-O7-x(钡-钇-铜-氧)，零电阻温度为92°K。
④钇-钡-铜-氧(Y1-Ba2-Cu3-O7-6)，零电阻温度为103.4K。
⑤铅-铋-锶-铜-氧(Pbx-Bi2-x-Sr2-Cu3-Oy)，零电阻温度为110K。
注意事项①为避免材料快速冷却收缩时，产生裂纹(即破裂)，而导致它不能释放出超导“潜热”，第一，要求外压力(如机械动力)达到标准;第二，要求被冷处理的材料做成园柱形(以免产生应力集中而破裂);第三，要求外力和收缩应力同时产生作用。
②为避免环境污染和降低成本，可优先选用液氮溶液为冷却剂。
③保证超高压压力容器有足够的强度，以免发生重大爆炸事故。
权利要求
1.一种室温超导材料制造方法。其特征是将普通材料，进行高温热轧，高温热拉，高温实用成形，成形品加温，迅速送入装有低温冷却剂的超高压压力容器内进行超高压冷却处理，最后得到温超材料。
2.按权利要求1的室温超导材料制造方法，其特征是普通材料可以是采用化学方法优化组合，优化配方制成的低温超导材料，也可以是单质材料。
3.按权利要求1的室温超导材料制造方法，其特征是不同的普通材料要求采用不同的超高压压力进行冷却处理。
4.按权利要求1的室温超导材料制造方法，其特征是除现有的冶炼装置和设备之外还应增加高温热轧设备;高温热拉设备;高温实用成形设备;成形升温炉;超高压力冷却处理设备，它包括超高压压力发生器、超高压压力容器制冷装置、热交换器;微型计算机自动控制设备。
全文摘要
本发明公开了一种室温超导材料制造方法。它是用物理方法加外力使物质放出热量和“潜热”而由固态向超导态转化。其方法是将普通材料在850°～1200℃高温条件下热轧、热拉、实用成型，之后用高温炉给成型品加温到850°～1200℃，然后，将其成型品迅速送入装有低温冷却剂的超高压压力容器内进行超高压冷却处理，最后即可得到室温超导材料。不同的原材料要求用不同的超高压进行冷却处理。
文档编号H01B12/00GK1056366SQ91100429
公开日1991年11月20日 申请日期1991年1月28日 优先权日1991年1月28日
发明者冯劲松 申请人:冯劲松