专利名称：以YbBCO为钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的方法
技术领域：
本发明属于超导块材制备技术领域，特别涉及以YbBCO为钎料钎焊法制备 大尺寸钇系块材的方法。
背景技术：
钇钡铜氧YBCO (YBaCuO)超导块材是一种通过包晶反应生成c轴择优取 向晶体结构的氧化物陶瓷材料，是一种具有强磁通钉扎和高临界电流密度的高温 超导体。通常采用顶部籽晶熔融织构生长法制备，由于受晶体生长的特点(非常 慢，每小时只生长毫米量级甚至更少)的限制，在生产大尺寸及复杂形状YBCO 块材时，遇到了很大的困难。因此，急需一种高效的连接技术增加单畴YBCO块 材的尺寸或得到结构相对复杂的YBCO器件。本发明采用钎焊连接的方法实现上 述目标，而超导钎料的成分及制备方法显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供以YbBCO为钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的方法。 以YbBCO为钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的方法，其特征在于，采用顶
部籽晶熔融织构生长法制备具有织构特征的YbBCO钎料，采用钎焊连接工艺对
YBCO块材进行焊接，该方法步骤如下， (l)制备具有织构特征的YbBCO钎料
① 采用化学合成的方法分别制备Yb-123相和Yb-211相；
② 按照重量比Yb-123相54 94.9%、 Yb-211相5 45%、 BaCe03、 Pt02、 Ce02或Pt中的一种或几种0.1 1%，称取料粉，在混料机中均匀混合；③ 在常温下，把混合均匀的钎料压制成直径为10 40mm、厚度5 30mm 的钎料块，压力为5 40MPa;
④ 采用顶部籽晶熔融织构生长法制备具有织构特征的YbBCO钎料，采用单 晶SmBCO作为籽晶，把籽晶和钎料块一同放入烧结炉中，籽晶放置在钎料块的 上面，保证其ab面与钎料块的表面平行，钎料块放置在氧化铝垫片上，在钎料 块和氧化铝垫片之间用MgO单晶片作为隔离层，顶部籽晶熔融织构生长法制备 工艺过程首先以100 400°C/h的速率升温到930 950°C，保温10 60分钟， 然后以50 100'C/h的速率降温到915 935°C，接着以0.1 1.5°C/h的速率降温 到900 905'C，最后以100 400°C/h的速率降温到室温，得到具有织构特征的 YbBCO钎料块；
(2) 从具有织构特征的YbBCO钎料块上沿a-c或b-c面切割厚度为0.1 2mm 的片作为钎料；
(3) 采用配重加压和精密加压卡具配合进行装配，按照c轴织构方向相同的原 则，精确装配两块或者两块以上的YBCO块材，采用YbBCO钎料，采用钎焊连 接工艺对YBCO块材进行焊接，钎焊温度为920 98(TC，钎焊保温时间为10 180分钟，钎焊气氛为大气或者压力为5 30MPa的流动的氧气环境；
(4) 对钎焊接头进行后氧化处理，恢复YBCO钎焊试样的超导性能，氧处理温 度为430 480°C，在流动氧气中氧处理50 100h或在压力为5 30MPa的氧气 环境中氧处理10 60h，得到钇钡铜氧超导块材。
所述Yb-123相为YbBa2Cu3Ox。 所述Yb-211相为Yb2BaCu05。
本发明的有益效果为
采用钎焊方法制备传统的方法不能制备的大尺寸和复杂形状的YBCO超导块材，具有与顶部籽晶熔融织构方法制备的单畴块材相似的超导性能。此发明能 制备超导磁悬浮列车、医疗、军事等方面所需要的且目前通过其他方法不能获得
的大尺寸和复杂形状的YBCO超导器件。本发明制备的YBCO高温超导块材的
超导性能可以达到原始块材的70%以上。
图1是YBCO块材钎焊装配示意图。
具体实施例方式
利用化学合成法制备Yb-123相和Yb-211相，按照一定的比例混合并添加一 些微量元素，采用顶部籽晶熔融织构生长法的方法制备具有与原始母材具有相同 晶体结构、相似超导性能、密度与钎料近似相等的钎料，利用钎焊方法实现小尺 寸高性能单畴YBCO块材的连接，制备钎缝组织均匀、织构方向与母材(块材) 一致的接头，对钎焊接头进行后氧化热处理以达到超导相的氧充分恢复(结构转 变)，恢复接头的超导性能，最终获得大尺寸、高性能的YBCO超导块材。下面 结合实施例和附图对本发明作进一步说明
实施例1
使用添加具有织构特征的YbBCO钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的方法， 采用顶部籽晶熔融织构生长法制备添加具有织构特征的YbBCO钎料，采用钎焊 连接工艺对YBCO块材进行焊接，该方法步骤如下
(l)制备具有织构特征的YbBCO钎料
①采用化学合成的方法分别制备Yb-123相和Yb-211相，Yb-123相为 YbBa2Cu3Ox，合成方法为Yb203、 BaC03、 CuO按名义配比混合均匀，然后880°C 烧结48小时后，再次混合，再在880。C烧结48小时；Yb-211相为Yb2BaCu05， 合成方法为Yb203、 BaC03、 CuO按名义配比混合均匀，然后90(TC烧结48小时后，再次混合，再在90(TC烧结48小时；
② 按照重量比Yb-123: 6 9.75%、 Yb-211: 30%、 BaCe03: 0.25%，称取料 粉，在混料机中均匀混合；
③ 在常温下，把混合均匀的钎料压制成直径为10mm、厚度20mm钎料块， 压力为12MPa;
④ 采用顶部籽晶熔融织构生长法制备具有织构特征的YbBCO钎料，采用单 晶SmBCO作为籽晶(籽晶制备方法为，Sm-123与Sm-211按照摩尔比3: l混 合均匀，单轴模压成型，3小时升温至IIO(TC，谬温1小时，以200°C/h的速率 降温至1060'C,以0.5。C/h的速率降温至101(rC，炉冷至室温，然后机械解理成 c轴取向的2x2mm至4x4mm的小块作为籽晶)，把籽晶和钎料块一同放入烧结 炉中(烧结炉为六面独立控温的高精度加热炉)中，籽晶放置在钎料块的上面， 保证其ab面与钎料块的表面平行，钎料块放置在氧化铝垫片上，在钎料块和氧 化铝垫片之间用MgO单晶片作为隔离层，顶部籽晶熔融织构生长法制备工艺过 程首先以30(TC/h的速率升温到930'C，保温30分钟，然后以100°C/h的速率 降温到927。C，接着以0.3。C/h的速率降温到900。C，最后以200°C/h的速率降温 到室温，得到添加具有织构特征的YbBCO钎料；
(2) 从YbBCO超导钎料块上沿a-c面方向切割厚度为lmm的片作为钎料；
(3) 采用配重加压和精密加压卡具配合进行装配，按照c轴织构方向相同的原 则。装配两块YBCO块材(YBCO块材采用顶部籽晶熔融织构生长法制备)，采 用上述制备的具有织构特征的YbBCO钎料，采用钎焊连接工艺对YBCO块材进 行焊接，图l是YBCO块材钎焊装配示意图，钎焊温度为925-C，钎焊保温时间 为120分钟，钎焊气氛为大气气氛；
(4) 对钎焊接头进行后氧化处理，恢复YBCO钎焊试样的超导性能，氧处理温度为460'C，在流动氧气中氧处理50h，得到钇钡铜氧超导块材。
本实施例制备的添加具有织构特征的YbBCO钎料，其熔点与常规制备的 YBCO母材相比降低了约60 1 l(TC ，故在钎料熔点与YBCO母材熔点之间是钎 焊的工艺窗口，而实验证明采用此种钎料制备的超导块材具有与熔融织构法相近 的超导性能。而且可以实现n (1122)块试样同时连接起来，这样就可以制备尺寸 很大YBCO块材，同时不明显降低块材的超导特性。
本实施例制备的YBCO高温超导块材的超导性能可以达到原始块材的72% 以上。
实施例2
使用添加具有织构特征的YbBCO钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的方法， 采用顶部籽晶熔融织构生长法制备添加具有织构特征的YbBCO钎料，采用钎焊 连接工艺对YBCO块材进行焊接，该方法步骤如下
(l)制备具有织构特征的YbBCO钎料
① 采用化学合成的方法分别制备Yb-123相和Yb-211相，Yb-123相为 YbBa2Cu3Ox，合成方法为Yb203、 BaC03、 CuO按名义配比混合均匀，然后880°C 烧结48小时后，再次混合，再在88(TC烧结48小时；Yb-211相为Yb2BaCu05， 合成方法为Yb203、 BaC03、 CuO按名义配比混合均匀，然后90(TC烧结48小时 后，再次混合，再在90(TC烧结48小时；
② 按照重量比Yb-123: 84.75%、 Yb-211: 15%、 BaCe03: 0.25%，称取料粉， 在混料机中均匀混合；
③ 在常温下，把混合均匀的钎料压制成直径为10mm、厚度20mm钎料块， 压力为13MPa;
④ 采用顶部籽晶熔融织构生长法制备具有织构特征的YbBCO钎料，采用单晶SmBCO作为籽晶(籽晶制备方法为，Sm-l23与Sm-211按照摩尔比3: l混 合均匀，单轴模压成型，3小时升温至IIO(TC，保温1小时，以200°C/h的速率 降温至106(TC，以0.5'C/h的速率降温至IOIO"C，炉冷至室温，然后机械解理成 c轴取向的2x2mm至4x4mm的小块作为籽晶)，把籽晶和钎料块一同放入烧结 炉中(烧结炉为六面独立控温的高精度加热炉)中，籽晶放置在钎料块的上面， 保证其ab面与钎料块的表面平行，钎料块放置在氧化铝垫片上，在钎料块和氧 化铝垫片之间用MgO单晶片作为隔离层，顶部籽晶熔融织构生长法制备工艺过 程首先以32(TC/h的速率升温到950'C，保温40分钟，然后以100°C/h的速率 降温到935-C，接着以0.4。C/h的速率降温到902'C，最后以220°C/h的速率降温 到室温，得到具有织构特征的YbBCO钎料块；
(2) 从YbBCO超导钎料块上沿a-c面方向切割厚度为0.8mm的片作为钎料；
(3) 采用配重加压和精密加压卡具配合进行装配，按照c轴织构方向相同的原 则，装配两块YBCO块材(YBCO块材采用顶部籽晶熔融织构生长法制备)，采 用上述制备的具有织构特征的YbBCO钎料，采用钎焊连接工艺对YBCO块材进 行焊接，图l是YBCO块材钎焊装配示意图，钎焊温度为945'C，钎焊保温时间 为170分钟，钎焊气氛为大气气氛；
(4) 对钎焊接头进行后氧化处理，恢复YBCO钎焊试样的超导性能，氧处理温 度为440'C，在流动氧气中氧处理48h，得到钇钡铜氧超导块材。
本实施例制备的添加具有织构特征的YbBCO钎料，其熔点与常规制备的 YBCO母材相比降低了约60 110°C，本实施例制备的YBCO高温超导块材的超 导性能可以达到原始块材的74%以上。
权利要求
1、以YbBCO为钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的方法，其特征在于，采用顶部籽晶熔融织构生长法制备具有织构特征的YbBCO钎料，采用钎焊连接工艺对YBCO块材进行焊接，该方法步骤如下，(1)制备具有织构特征的YbBCO钎料①采用化学合成的方法分别制备Yb-123相和Yb-211相；②按照重量比Yb-123相54～94.9％、Yb-211相5～45％、BaCeO3、PtO2、CeO2或Pt中的一种或几种0.1～1％，称取料粉，在混料机中均匀混合；③在常温下，把混合均匀的钎料压制成直径为10～40mm、厚度5～30mm的钎料块，压力为5～40MPa；④采用顶部籽晶熔融织构生长法制备具有织构特征的YbBCO钎料，采用单晶SmBCO作为籽晶，把籽晶和钎料块一同放入烧结炉中，籽晶放置在钎料块的上面，保证其ab面与钎料块的表面平行，钎料块放置在氧化铝垫片上，在钎料块和氧化铝垫片之间用MgO单晶片作为隔离层，顶部籽晶熔融织构生长法制备工艺过程首先以100～400℃/h的速率升温到930～950℃，保温10～60分钟，然后以50～100℃/h的速率降温到915～935℃，接着以0.1～1.5℃/h的速率降温到900～905℃，最后以100～400℃/h的速率降温到室温，得到具有织构特征的YbBCO钎料块；(2)从具有织构特征的YbBCO钎料块上沿a-c或b-c面切割厚度为0.1～2mm的片作为钎料；(3)采用配重加压和精密加压卡具配合进行装配，按照c轴织构方向相同的原则，精确装配两块或者两块以上的YBCO块材，采用YbBCO钎料，采用钎焊连接工艺对YBCO块材进行焊接，钎焊温度为920～980℃，钎焊保温时间为10～180分钟，钎焊气氛为大气或者压力为5～30MPa的流动的氧气环境；(4)对钎焊接头进行后氧化处理，恢复YBCO钎焊试样的超导性能，氧处理温度为430～480℃，在流动氧气中氧处理50～100h或在压力为5～30MPa的氧气环境中氧处理10～60h，得到钇钡铜氧超导块材。
2、 根据权利要求1所述的以YbBCO为钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的 方法，其特征在于，所述Yb-123相为YbBa2Cu3Ox。
3、 根据权利要求1所述的以YbBCO为钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的 方法，其特征在于，所述Yb-211相为Yb2BaCu05。
全文摘要
本发明公开了属于超导块材制备技术领域的以YbBCO为钎料钎焊法制备大尺寸钇系块材的方法。采用顶部籽晶熔融织构生长法制备添加YbBCO钎料，采用钎焊连接工艺对YBCO块材进行焊接，对钎焊接头进行后氧化处理，恢复YBCO及其接头区域的超导性能，得到大尺寸钇钡铜氧超导块材。采用此方法能够制备传统的方法不能制备的大尺寸和复杂形状的YBCO超导块材，具有与顶部籽晶熔融织构方法制备的单畴块材相似的超导性能。本发明制备的YBCO高温超导块材的超导性能可以达到原始块材的70％以上。
文档编号C30B33/06GK101498054SQ20091007786
公开日2009年8月5日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者任家烈, 何佳闰, 吴爱萍, 焦玉磊, 玲 肖, 邹贵生, 郑明辉, 伟 郭 申请人:清华大学;北京有色金属研究总院