专利名称：熔融织构工艺制备单畴超导块材中放置热籽晶的简易方法
技术领域：
本发明涉及一种熔融织构生长工艺制备高温超导块材的方法，具体涉及在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备高性能单畴REBaCuO高温超导块材时放置热籽晶的方法。
背景技术：
REBCO(RE:Y, Gd，Eu，Sm, Nd)超导块材作为高温超导材料研究的一个分支，由于具有优越的超导性能，如自稳定磁悬浮特性和高场磁通俘获能力。在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁分离装置等领域有广阔的应用前景。目前，结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺是制备高性能大尺寸超导块材的通用技术，由于REBaCuO超导块材的高度各向异性，所以籽晶技术的引入使生长单一取向的REBaCuO超导块材成为现实。但对籽晶的选取必须满足几个条件:一是与母体的晶格失配度小；二是熔点必须高于母体的熔化温度(熔化温度高于包晶反应温度)；三是与母体无化学不相容性。由于几种(RE)-123体系的晶格常数十分相近，它们之间的熔点又彼此不同，如可用NdBCO或SBCO晶体作籽晶生长单畴YBCO超导块材，因为籽晶是在室温时放置的，通常称为冷籽晶技术。然而，对于像NdBCO和SmBCO这些熔点高的体系，就很难找到合适的冷籽晶材料。为此只好引入热籽晶技术，即在母体部分熔化后并冷却至其包晶反应温度之上时才利用特殊装置放置籽晶。目前主要采用高温时打开炉门或采用复杂特殊的装置放置热籽晶。高温时打开炉门放置籽晶，一方面容易对高温炉造成损伤，另一方面也容易使炉温波动太大，影响工艺过程；采用特殊装置放置籽晶，一方面装置较复杂，另一方面也不容易控制籽晶的位置，而且这些方法都不便于一次放置多个籽晶，显然不利于工业化规模生产。
发明内容
针对现有技术 的上述问题，本发明提供一种熔融织构工艺制备单畴超导块材中放置热籽晶的简易方法，在放置籽晶时，不仅不必在高温时打开炉门，而且不需使用特殊复杂装置，并可以同时放置多个籽晶，对炉温不产生明显影响，解决了小批量生产中热籽晶的放置问题。为实现上述目的，本发明包括如下技术方案:一种熔融织构生长工艺制备高温超导块材中放置热籽晶的方法，该方法包括如下步骤:Α.在可以精密控温的五面加热的箱式高温炉或带底部加热的井式炉的顶部开设一个或多个通孔，通孔的直径为10-20mm ；B.在直径5-13mm的耐热直杆的一端用粘结剂固定籽晶；C.在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备高性能单畴REBaCuO高温超导块材的工艺过程中，将超导材料母体在经步骤A改造的炉体中升温至高于包晶反应温度20-500C，保温l_2h，随后冷却至高于包晶反应温度4-6°C ;此时把粘结籽晶的耐热直杆从炉子顶部插入，籽晶接触母体试样顶表面，耐热直杆停留至粘结剂熔化籽晶脱落，随后取出耐热直杆。如上所述的方法，其中，该多个通孔彼此间距优选为30_60mm。如上所述的方法，其中，该通孔内固定有内径8_16mm的耐热套管，以防止在放置热籽晶的过程中有杂质掉落在试样之上。如上所述的方法，其中，该耐热套管的材料选自不锈钢、铜、黄铜、陶瓷或高温合金。如上所述的方法，其中，该耐热直杆的材料选自不锈钢、铜、黄铜、陶瓷或高温合金，长度以直杆插入到样品顶表面后高出炉子上表面100-300mm为宜。如上所述的方法，其中，该高温合金为指在650°C以上温度下能承受一定应力并具有抗氧化、耐腐蚀性能的合金。如上所述的方法，其中，该高温合金选自镍基高温合金、铁基高温合金和钴基高温
I=1-Wl O如上所述的方法，其中， 该高温合金为镍基高温合金GH3039，N1: 72%，Cr: 22%, Mo: 1.8%，Nb: 1.3%。如上所述的方法，其中，该粘结剂选自在30_50°C时，可在1-4小时内固化，而且可在300°C以上I分钟之内脱落挥发，挥发物不影响超导块材的生长及性能的粘结剂。如上所述的方法，其中，该粘结剂为波夫胶。如上所述的方法，为了使放置籽晶的过程对炉膛的温度扰动较小，优选地，步骤C中籽晶的放置过程用时控制在2分钟之内。如上所述的方法，为了使最终放置在试样上的籽晶能够诱导试样定向生长，优选地，步骤C中籽晶接触母体试样的一面为完整的ab面。本发明的有益效果在于:本发明的方法是在熔融织构工艺过程中母体部分熔化后并冷却至其包晶反应温度之上时，把耐热直杆依次从炉子顶部插入到各个试样顶表面来放置籽晶。由于顶部开孔较小，且耐热直杆较细，因此，在耐热直杆插入炉膛的过程中不会对炉温引起明显的扰动。实验结果表明，采用本发明的方法放置热籽晶，不仅设备简单，而且操作简便易行，放置的热籽晶定位准确，对高温炉的温度影响很小，并可以在较短时间内小批量放置热籽晶，大大提高了生产效率，较低了成本。
具体实施例方式实施例1将Gd211 (Gd2BaCu05)粉体按 40mol% 的比例加入到 Gdl23 (GdBa2Cu307)粉体中，并混入0.2wt% Pt，经高速振摆球磨混合均匀，称量80g上述超导粉体，单轴压制成直径35mm,高20mm的圆柱状坯体。然后把坯体试样放置于一可精密控温的箱式高温炉中，该箱式炉炉膛体积为270 X 270 X 270mm3，顶部中心位置开有一直径15mm的通孔，内部固定有内径为12_的陶瓷套管。在实施熔融织构工艺之前，先用直径IOmm的铜棒通过顶部的通孔插入炉膛调整试样的位置，使铜棒正好垂直对准试样的几何中心，即圆柱形样品的表面中心位置，并在铜棒的上部做好插入深度的标记，然后移去铜棒并关闭炉门和封闭通孔。接着以200-3000C /h的速率升温至包晶反应温度之上(约20-50°C )，保温l_2h，然后快速降温至包晶反应温度之上(约5°C )，保温0.2-0.5h，在此保温阶段，快速把用波夫胶粘好NdBaCuO籽晶的铜棒通过炉子顶部的通孔垂直插入炉膛，根据铜棒上部标记的位置刚好使籽晶与试样上表面紧密接触，籽晶接触母体试样的一面为完整的ab面，然后停留5-10秒，接着把铜棒抽出，并重新封好孔口。结果表明，这种放置热籽晶的方法不仅确保籽晶位于试样的中心位置，而且不影响试样的正常生长。实施例2将Gd211 (Gd2BaCu05)粉体按 40mol % 的比例加入到 Gdl23 (GdBa2Cu307)粉体中，并混入0.2wt% Pt,经高速振摆球磨混合均勻，单轴压制成直径35mm,高20mm的圆柱状坯体。然后把四块坯体试样放置于一可精密控温的箱式高温炉中，该箱式炉炉膛体积为400X400X350mm3，顶部在均温区之内开有四个直径15mm的通孔，其间距60mm。通孔内部固定有内径为12_的陶瓷套管。在实施熔融织构工艺之前，先用直径10_的铜棒通过顶部的通孔插入炉膛调整试样的位置，使铜棒正好垂直对准试样的几何中心，即圆柱形样品的表面中心位置，并在铜棒的上部做好插入深度的标记，然后移去铜棒并关闭炉门和封闭通孔。接着以200-300°C /h的速率升温至包晶反应温度之上(约20-50°C )，保温l_2h，然后快速降温至包晶反应温度之上(约5°C )，保温0.2-0.5h，在此保温阶段，快速把用波夫胶粘好NdBaCuO籽晶的铜棒通过炉子顶部的通孔垂直插入炉膛，根据铜棒上部标记的位置刚好使籽晶与试样上表面紧密接触，籽晶接触母体试样的一面为完整的ab面，然后停留5-10秒，接着把铜棒抽出，并重新封好孔口。结果表明，这种放置热籽晶的方法不仅确保籽晶位于试样的中心位置，而且可以在四个试样上放置热籽晶，炉温波动在rc以内，因此，并不影响试样的熔融织构工艺过程。实施例3
将Y211 (Y2BaCu05)粉体按40mol %的比例加入到Y123 (YBa2Cu307)粉体中，并混入0.2wt% Pt，经高速振摆球磨混合均匀，称量200g上述超导粉体；压制成直径57mm，高20mm的圆柱状坯体。然后把坯体试样放置于一可精密控温的箱式高温炉中，该箱式炉炉膛体积为270X 270X 270_3，顶部中心开有一直径15_的通孔，内部固定有内径为12_的陶瓷套管。在实施熔融织构工艺之前，先用直径IOmm的高温合金棒通过顶部的通孔插入炉膛调整试样的位置，使高温合金棒正好垂直对准试样的几何中心，即圆柱形样品的表面中心位置，并在高温合金棒的上部做好插入深度的标记，然后移去高温合金棒并关闭炉门和封闭通孔。接着以200-300°C /h的速率升温至包晶反应温度之上(约20-50°C )，保温l_2h，然后快速降温至包晶反应温度之上(约5°C )，保温0.2-0.5h，在此保温阶段，快速把用波夫胶粘好SmBaCuO籽晶的镍基高温合金棒(GH3039，N1: 72%，Cr: 22%，Mo: 1.8%，Nb: 1.3% )通过炉子顶部的通孔垂直插入炉膛，根据高温合金棒上部标记的位置刚好使籽晶与试样上表面紧密接触，籽晶接触母体试样的一面为完整的ab面，然后停留5-10秒，接着把高温合金棒抽出，并重新封好孔口。结果表明，这种放置热籽晶的方法不仅确保籽晶位于试样的中心位置，而且不影响试样的正常生长。高温合金细棒也可用来作为热籽晶的承载体。
权利要求
1.一种熔融织构工艺制备单畴超导块材中放置热籽晶的简易方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: A.在可以精密控温的五面加热的箱式高温炉或带底部加热的井式炉的顶部开设一个或多个通孔，通孔的直径为10-20mm ； B.在直径5-13mm的耐热直杆的一端用粘结剂固定籽晶； C.在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备高性能单畴REBaCuO高温超导块材的工艺过程中，将超导材料母体在经步骤A改造的炉体中升温至高于包晶反应温度20-500C，保温l_2h，随后冷却至高于包晶反应温度4-6°C ;此时把粘结籽晶的耐热直杆从炉子顶部插入，籽晶接触母体试样顶表面，耐热直杆停留至粘结剂熔化籽晶脱落，随后取出耐热直杆。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个通孔彼此间距为30-60mm。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通孔内固定有内径8-16mm的耐热套管。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述耐热套管的材料选自不锈钢、铜、黄铜、陶瓷或高温合金。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐热直杆材料选自不锈钢、铜、黄铜、陶瓷或高温合金。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述高温合金选自镍基高温合金、铁基高温合金和钴基高温合金。
7.如权 利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂选自在30-50°C时，可在1-4小时内固化，而且可在300°C以上I分钟之内脱落挥发，挥发物不影响超导块材的生长及性能的粘结剂。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为波夫胶。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤C中籽晶的放置过程用时控制在2分钟之内。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤C中籽晶接触母体试样的一面为完整的ab面。
全文摘要
一种熔融织构工艺制备单畴超导块材中放置热籽晶的简易方法，包括如下步骤A.在可以精密控温的箱式高温炉或带底部加热的井式炉的顶部开设一个或多个通孔，通孔的直径为10-20mm；B.在直径5-10mm的耐热直杆的一端用粘结剂固定籽晶；C.在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备高性能单畴REBaCuO高温超导块材的工艺过程中，将超导材料母体在经步骤A改造的炉体中升温至高于包晶反应温度20-50℃，保温1-2h，随后冷却至高于包晶反应温度4-6℃；此时把粘结籽晶的耐热直杆从炉子顶部插入，籽晶接触母体试样顶表面，耐热直杆停留至粘结剂熔化籽晶脱落，随后取出耐热直杆。
文档编号C30B29/22GK103173847SQ201110428609
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者焦玉磊, 郑明辉 申请人:北京有色金属研究总院