一种分级快速退火改性制备高温超导材料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种分级快速退火改性制备高温超导材料的方法，属于高温超导材料制备技术领域。本发明按摩尔比将Y2O3与CuO混合，再依次与硝酸溶液、BaCO3等混合，滴加氨水溶液后，浓缩干燥碾磨，加入甘油压制成型，烧结后经分级快速退火处理制得高温超导材料。本发明的有益效果是：本发明制备步骤简单，制备过程中材料内部无空穴、孔洞和微裂纹形成；所得产品交流损耗小，导电稳定性好，机械强度达452～496MPa。
【专利说明】
一种分级快速退火改性制备高温超导材料的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种分级快速退火改性制备高温超导材料的方法，属于高温超导材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]高温超导体由于具有较高的临界转变温度、较大的临界电流密度以及俘获强磁场的特性，自从其诞生以来就受到材料科学和凝聚态物理研究领域广大学子的极大关注，表现出广泛的应用前景。高温超导体俘获磁通线的特性使其内部产生的磁通钉扎力严重阻碍了高温超导材料与结构工程的应用，对其电磁场作用下的物理和力学特性的研究是超导理论与应用技术研究中的关键基础性课题。
[0003]高温超导材料，是具有高临界转变温度能在液氮温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质。氧化物中的金属元素可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性。除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性。但高温超导材料由于在加工制备过程中，材料经过退火、冷乳以及再退火等处理，在材料内部往往形成一些空穴、孔洞以及微裂纹等缺陷，导致材料交流损耗大，导电稳定性和机械强度差。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题:针对目前高温超导材料由于在加工制备过程中，材料经过退火、冷乳以及再退火等处理，材料内部易形成空穴、孔洞和微裂纹，导致材料交流损耗大，导电稳定性和机械强度差的弊端，提供了一种按摩尔比将Y2O3与CuO混合，再依次与硝酸溶液、BaCO3等混合，滴加氨水溶液后，浓缩干燥碾磨，加入甘油压制成型，烧结后经分级快速退火处理制得高温超导材料的方法。本发明制备步骤简单，制备过程中材料内部无空穴、孔洞和微裂纹形成，所得产品交流损耗小，有效解决了材料导电稳定性和机械强度差问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)按Y3+: Cu2+摩尔比1:3，将Y2O3与CuO搅拌混合制备得混合氧化粉末，随后按质量比1:5，将混合氧化粉末与质量浓度40%硝酸溶液搅拌混合，制备得氧化物酸解液，再按重量份数计，分别称量10?15份Ba⑶3、45?50份质量浓度10%柠檬酸溶液和60?70份氧化物酸解液置于烧杯中，在室温下搅拌混合2?3h;
(2)待搅拌混合完成后，用质量浓度10%氨水溶液滴加至烧杯中，调节混合液pH至7.0，随后搅拌混合10?15min，再在65?80°C下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得混合凝胶液，将混合凝胶液置于155?160°C下干燥3?5h，再进行碾磨，制备得前驱体粉体；
(3)按质量比1:3，将甘油与上述制备的前驱体粉体搅拌混合并置于模具中，在20?30MPa下压制成型后，将压制成型的材料置于管式炉中，在900?1000°C下，烧结20?24h;
(4)待烧结完成后，将其置于快速退火炉中，在650?700°C下保温10?15min后，将其移至空气中迅速降温至450?500°C，随后二次保温处理10?15min，待二次保温处理完成后，将其取出并置于O?5°C冰水中，迅速降温至室温，并静置处理3?5h，即可制备得一种高温超导材料。
[0006]本发明制得的高温超导材料机械强度达452?496MPa，载流量为260?308A/cm，载流能力为6.2?8.2MA/cm2，临界电流密度为3.3?4.0MA/cm2。
[0007]本发明与其他方法相比，有益技术效果是:
(1)本发明制备步骤简单，制备过程中材料内部无空穴、孔洞和微裂纹形成；
(2)所得产品交流损耗小，导电稳定性好，机械强度达452?496MPa。
【具体实施方式】
[0008]首先按Y3+:Cu2+摩尔比1:3，将Y2O3与CuO搅拌混合制备得混合氧化粉末，随后按质量比1:5，将混合氧化粉末与质量浓度40%硝酸溶液搅拌混合，制备得氧化物酸解液，再按重量份数计，分别称量10?15份BaCO3、45?50份质量浓度10%柠檬酸溶液和60?70份氧化物酸解液置于烧杯中，在室温下搅拌混合2?3h;然后待搅拌混合完成后，用质量浓度10%氨水溶液滴加至烧杯中，调节混合液pH至7.0，随后搅拌混合10?15min，再在65?80°C下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得混合凝胶液，将混合凝胶液置于155?160°C下干燥3?5h，再进行碾磨，制备得前驱体粉体;再按质量比1:3，将甘油与上述制备的前驱体粉体搅拌混合并置于模具中，在20?30MPa下压制成型后，将压制成型的材料置于管式炉中，在900?1000°C下，烧结20?24h;最后待烧结完成后，将其置于快速退火炉中，在650?700°C下保温10?15min后，将其移至空气中迅速降温至450?500 °C，随后二次保温处理10?15min，待二次保温处理完成后，将其取出并置于O?5°C冰水中，迅速降温至室温，并静置处理3?5h，即可制备得一种高温超导材料。
[0009]实例I
首先按Y3+: Cu2+摩尔比1:3，将Y2O3与CuO搅拌混合制备得混合氧化粉末，随后按质量比I: 5，将混合氧化粉末与质量浓度40%硝酸溶液搅拌混合，制备得氧化物酸解液，再按重量份数计，分别称量1份BaCO3、45份质量浓度10%梓檬酸溶液和60份氧化物酸解液置于烧杯中，在室温下搅拌混合2h;然后待搅拌混合完成后，用质量浓度10%氨水溶液滴加至烧杯中，调节混合液pH至7.0，随后搅拌混合1min，再在65°C下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得混合凝胶液，将混合凝胶液置于155°C下干燥3h，再进行碾磨，制备得前驱体粉体;再按质量比I:3，将甘油与上述制备的前驱体粉体搅拌混合并置于模具中，在20MPa下压制成型后，将压制成型的材料置于管式炉中，在900°C下，烧结20h;最后待烧结完成后，将其置于快速退火炉中，在650°C下保温1min后，将其移至空气中迅速降温至450°C，随后二次保温处理lOmin，待二次保温处理完成后，将其取出并置于O °C冰水中，迅速降温至室温，并静置处理3h，即可制备得一种高温超导材料。
[0010]本发明制备步骤简单，制备过程中材料内部无空穴、孔洞和微裂纹形成;所得产品交流损耗小，导电稳定性和机械强度好;制得的高温超导材料机械强度达452MPa，载流量为260A/cm，载流能力为6.2MA/cm2，临界电流密度为3.3MA/cm2，临界电流为1105A/cm。
[0011]实例2
首先按Y3+: Cu2+摩尔比1:3，将Y2O3与CuO搅拌混合制备得混合氧化粉末，随后按质量比I: 5，将混合氧化粉末与质量浓度40%硝酸溶液搅拌混合，制备得氧化物酸解液，再按重量份数计，分别称量13份BaC03、48份质量浓度10%梓檬酸溶液和65份氧化物酸解液置于烧杯中，在室温下搅拌混合3h;然后待搅拌混合完成后，用质量浓度10%氨水溶液滴加至烧杯中，调节混合液PH至7.0，随后搅拌混合13min，再在72°C下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得混合凝胶液，将混合凝胶液置于158°C下干燥4h，再进行碾磨，制备得前驱体粉体;再按质量比I:3，将甘油与上述制备的前驱体粉体搅拌混合并置于模具中，在25MPa下压制成型后，将压制成型的材料置于管式炉中，在950°C下，烧结22h;最后待烧结完成后，将其置于快速退火炉中，在675°C下保温13min后，将其移至空气中迅速降温至475°C，随后二次保温处理13min，待二次保温处理完成后，将其取出并置于3°C冰水中，迅速降温至室温，并静置处理4h，即可制备得一种高温超导材料。
[0012]本发明制备步骤简单，制备过程中材料内部无空穴、孔洞和微裂纹形成;所得产品交流损耗小，导电稳定性和机械强度好;制得的高温超导材料机械强度达474MPa，载流量为284A/cm，载流能力为7.2MA/cm2，临界电流密度为3.7MA/cm2，临界电流为1180A/cm。
[0013]实例3
首先按Y3+: Cu2+摩尔比1:3，将Y2O3与CuO搅拌混合制备得混合氧化粉末，随后按质量比I: 5，将混合氧化粉末与质量浓度40%硝酸溶液搅拌混合，制备得氧化物酸解液，再按重量份数计，分别称量15份BaCO3、50份质量浓度10%梓檬酸溶液和70份氧化物酸解液置于烧杯中，在室温下搅拌混合3h;然后待搅拌混合完成后，用质量浓度10%氨水溶液滴加至烧杯中，调节混合液pH至7.0，随后搅拌混合15min，再在80°C下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得混合凝胶液，将混合凝胶液置于160°C下干燥5h，再进行碾磨，制备得前驱体粉体;再按质量比I:3，将甘油与上述制备的前驱体粉体搅拌混合并置于模具中，在30MPa下压制成型后，将压制成型的材料置于管式炉中，在100tC下，烧结24h;最后待烧结完成后，将其置于快速退火炉中，在700°C下保温15min后，将其移至空气中迅速降温至500°C，随后二次保温处理15min，待二次保温处理完成后，将其取出并置于5°C冰水中，迅速降温至室温，并静置处理5h，即可制备得一种高温超导材料。
[0014]本发明制备步骤简单，制备过程中材料内部无空穴、孔洞和微裂纹形成;所得产品交流损耗小，导电稳定性和机械强度好;制得的高温超导材料机械强度达496MPa，载流量为308A/cm，载流能力为8.2MA/cm2，临界电流密度为4.0MA/cm2，临界电流为1255A/cm。
【主权项】
1.一种分级快速退火改性制备高温超导材料的方法，其特征在于具体制备步骤为: (1)按Y3+: Cu2+摩尔比1:3，将Y2O3与CuO搅拌混合制备得混合氧化粉末，随后按质量比1:.5，将混合氧化粉末与质量浓度40%硝酸溶液搅拌混合，制备得氧化物酸解液，再按重量份数计，分别称量10?15份Ba⑶3、45?50份质量浓度10%柠檬酸溶液和60?70份氧化物酸解液置于烧杯中，在室温下搅拌混合2?3h; (2)待搅拌混合完成后，用质量浓度10%氨水溶液滴加至烧杯中，调节混合液pH至7.0，随后搅拌混合10?15min，再在65?80°C下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得混合凝胶液，将混合凝胶液置于155?160°C下干燥3?5h，再进行碾磨，制备得前驱体粉体； (3)按质量比1:3，将甘油与上述制备的前驱体粉体搅拌混合并置于模具中，在20?.30MPa下压制成型后，将压制成型的材料置于管式炉中，在900?1000°C下，烧结20?24h; (4)待烧结完成后，将其置于快速退火炉中，在650?700°C下保温10?15min后，将其移至空气中迅速降温至450?500°C，随后二次保温处理10?15min，待二次保温处理完成后，将其取出并置于0?5°C冰水中，迅速降温至室温，并静置处理3?5h，即可制备得一种高温超导材料。
【文档编号】H01B13/00GK106098242SQ201610484278
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】郭迎庆, 盛海丰, 高玉刚
【申请人】郭迎庆