专利名称：用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法
技术领域：
本发明属于高温铜氧化物超导材料技术领域，具体涉及到顶部籽晶熔渗生长方法制备单畴钇钡铜氧超导块材。
背景技术：
单畴铜氧化物高温超导块材(RE-Ba-Cu-Ο，其中RE为稀土元素，如Nd、Gd、Y等)具有较高的临界温度和临界电流密度，并且在强磁场下具有较强的磁通钉扎能力。这一优势为该类材料在磁悬浮技术方面的应用奠定了基础，特别是在超导磁悬浮轴承、储能飞轮以及超导电机和发电机等研制方面具有良好的应用前景。在制备单畴铜氧化物超导块材料的过程中，应用较多的主要有两种，一种是传统的顶部籽晶熔融织构生长工艺，另一种是最近几年发展起来的顶部籽晶熔渗生长工艺。自从顶部籽晶熔渗生长工艺被发明以来，受到了越来越多研究者的注意，因为它 可以有效地解决传统熔融织构生长工艺中存在的问题，例如样品的收缩、变形、内部存在大量气孔和宏观裂纹、液相流失严重、Y2BaCuO5S子的局部偏析等等。在熔渗生长工艺中，要用到三个等直径的先驱坯块，包括Y2BaCuO5先驱块、液相块和支撑块，Y2BaCuO5先驱块由相纯度高、粒度小的Y2BaCuO5先驱粉压制而成，液相块由等摩尔比的YBa2Cu307_x和Ba3Cu5O8(Ba3Cu5O8是BaCuO2与CuO摩尔比为3 2的混合物)混合压制而成，支撑块由初始粉氧化物Y2O3直接压制而成。在热处理前，先将液相块放置到支撑块的上面，再将Y2BaCuO5先驱块放到液相块上面。在热处理过程中，液相块中的富Ba、Cu液相熔化，在毛细吸引力的作用下渗透到上面的Y2BaCuO5先驱块中，在随后的慢降温过程中，此液相与先驱块的Y2BaCuO5相反应，生成YBa2Cu3CVx相，并且在籽晶的诱导下完成YBa2Cu3CVx晶粒的有序生长。在热处理过程中支撑块也会吸收一部分液相，生成大部分的Y2BaCuO5相和少量的YBa2Cu3CVx相。由于大量Y2BaCuO5固态粒子的存在，支撑块可以在高温下支撑上面的两个先驱块，使其在热处理过程中保持竖立不倒，并且可以阻止液相的流失。可以看出，顶部籽晶熔渗生长法是一种比传统方法更复杂和费时的制备方法，这种制备方法要用到三种先驱粉体(Y2BaCuO5,YBa2Cu3CVx, BaCuO2),每种先驱粉均由传统的固态反应法制得，即通过反复的高温煅烧和研磨得到相纯净、碳含量低及较小粒度(O. I 10微米)的先驱粉体，每种粉体均需至少一周时间，这样整个制备方法的耗时长，工作效率低，同时增加了实验的耗资。
发明内容
为了克服现有技术中的单畴钆钡铜氧超导块材的顶部籽晶熔渗方法中需要先制备多种先驱粉，制备时间长、工艺成本高的技术问题，本发明提供了一种只需要预先制备一种BaCuO2先驱粉体即可满足制备固相源和液相源粉体的需要且所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力高，易于定向生长的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法。解决上述技术问题所采用的技术方案由下述的步骤组成
(I)配制固相先驱粉将BaCO3与CuO按摩尔比为I : I混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :x的比例混合均匀，制成(Y203+x BaCuO2)固相先驱粉；上式中O. 5彡X彡3 ;(2)配制液相源粉将BaCO3与CuO按摩尔比为I :1混合，用固态反应法烧结成BaCuO2粉，将Y2O3或Yb2O3初始粉与CuCKBaCuO2粉按摩尔比为I :6 :10混合均匀，作为液相源粉；(3)压制固相先驱块和液相块
取(Y203+x BaCuO2)固相先驱粉和液相源粉，分别压制成(Y203+x BaCuO2)固相先驱块和液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :0. 72 I. 93 ;(4)压制支撑块将Y2O3粉或Yb2O3粉压制成与液相块形状相同的坯块，作为支撑块；(5)制备钕钡铜氧籽晶块取Nd2O3与BaC03、Cu0混合，Nd2O3与BaC03、Cu0的摩尔比为I :1 :1，用固态反应法制成Nd2BaCuO5粉；取Nd2O3与BaCO3、CuO混合，Nd2O3与BaCO3XuO的摩尔比为I :4 :6，用固态反应法制成NdBa2Cu307_s粉；将Nd2BaCuO5粉体与NdBa2Cu307_s粉体按照质量比为I :3混合均匀，作为先驱块，用顶部籽晶熔融织构方法烧结，取自然解理的小方块作为钕钡铜氧籽晶块;上式中O彡δ ^ I ；(6)坯体装配及放置在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置MgO单晶片、支撑块、液相块、Y203+x BaCuO2固相先驱块和钕钡铜氧籽晶块，形成坯体；(7)熔渗生长单畴钇钡铜氧块材将装配好的坯体放入管式炉中，以每小时90 120°C的升温速率升温至920°C，保温10 20小时，以每小时40 60°C的升温速率升温至1040 1045°C，保温I 2小时；以每小时50°C的降温速率降温至1015 1020°C，以每小时O. I O. 5°C的降温速率慢冷至970 990°C，随炉自然冷却至室温，得到单畴钇钡铜氧块材；(8)渗氧处理将单畴钇钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，410 440°C的温区中慢冷200小时，得到单畴钇钡铜氧超导块材。上述步骤(I)中，将BaCO3与CuO按摩尔比为I : I混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :x的比例混合均匀，制成(Y203+x BaCuO2)固相先驱粉，上式中I彡X彡2.5。上述步骤(3)中，取(Y203+x BaCuO2)固相先驱粉和液相源粉，分别压制成(Υ203+χBaCuO2)固相先驱块和液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :0. 82 I. 44。上述液相块的尺寸块不小于固相块的尺寸。上述步骤(6)中，MgO单晶片是等闻的3 5片。本发明的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法是通过改变固相块所用固相源粉和液相源粉的成份，使得整个熔渗生长过程仅需BaCuO2 —种先驱粉，简化了实验环节、缩短了实验周期、降低了实验成本、提高了效率，而且本发明所制产品磁悬浮力大，采用了液相块的尺寸与固相先驱块的尺寸相比稍大或相等的装配方法，有利于防止液相的流失、样品的坍塌以及有利于固相与液相的充分接触，有利于晶体的生长，易于定向生长。
图I为不同比例的Y2O3与BaCuO2所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力对比曲线图。图2为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :0. 5时所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图3为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :1. O时所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图4为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :1. 2时所制备的单畴钇钡铜氧 超导块材的表面形貌照片。图5为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :1. 5时所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图6为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :1. 8时所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图7为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :2时所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图8为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :2. 5时所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的表面形貌照片。图9为当固相先驱粉中Y2O3与BaCuO2的比例为I :3时所制备的单畴钇钡铜氧超导块材的表面形貌照片。
具体实施例方式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。实施例I以所用原料Y2O3为固相先驱粉的初始粉为例，用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法由下述的步骤组成(I)配制固相先驱粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I : I. 2的比例混合，取混合粉体IOOg加入到球磨机中混匀，制成(Y203+1. 2BaCu02)固相先驱粉；(2)配制液相源粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法烧结成 BaCuO2 粉，取 11. 17g Y2O3 初始粉与 23. 61g Cu0、115.21g BaCuO2 粉按摩尔比为 I 6 10混合均匀，作为液相源粉；(3)压制固相先驱块和液相块
取9. 9134g (Y2O3+1. 2BaCu02)固相先驱粉压制成直径为20mm的圆柱体形(Y203+1. 2BaCu02)固相先驱块，取13g液相源粉压制成直径为30mm的圆柱体形液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 31。(4)压制支撑块取3g Y2O3粉压制成与液相块形状相同的坯块，作为支撑块；(5)制备钕钡铜氧籽晶块取54. 8586g Nd2O3'32. 1727g BaCO3'12. 9687g CuO 混合，Nd2O3 与 BaCO3> CuO 的摩尔比为 I 1 :1，用固态反应法制成 Nd2BaCuO5 粉；取 20. 9895g Nd203、49. 2386g BaCO3>29. 7719g CuO混合，Nd2O3与BaCO3、CuO的摩尔比为I :4 :6，用固态反应法制成NdBa2Cu307_s粉，O彡δ彡I ^fNd2BaCuO5粉体与NdBa2Cu307_s粉体按照质量比为I :3混合均匀，作为先驱块，用顶部籽晶熔融织构方法在管式炉中进行烧结，取自然解理的小方块作为钕钡铜氧杆晶块； (6)坯体装配及放置在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置4片MgO单晶片、支撑块、液相块、(Y203+1. 2BaCu02)固相先驱块和钕钡铜氧籽晶块，4片MgO单晶片的高度相同，钕钡铜氧籽晶块位于(Y203+1. 2BaCu02)固相先驱块上表面的中心位置，形成坯体。(7)熔渗生长单畴钇钡铜氧块材将装配好的坯体放入管式炉中，以每小时100°C的升温速率升温至920°C，保温15小时，以每小时50°C的升温速率升温至1042°C，保温2小时；以每小时50°C的降温速率降温至1018°C，以每小时O. 4°C的降温速率慢冷至980°C，随炉自然冷却至室温，得到单畴钇钡铜氧块材。(8)渗氧处理将单畴钇钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，440 410°C的温区中慢冷200小时，得到单畴钇钡铜氧超导块材。对上述制备的单畴钇钡铜氧超导块材，采用三维磁场与磁力测试装置测量了其磁悬浮力，测试所用永磁体的直径为20mm,表面磁场强度为O. 5T,测试温度为77K,最大磁悬浮力为46· 8"1册。实施例2以所用原料Y2O3粉作为固相先驱粉的初始粉为例，用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法由下述的步骤组成(I)配制固相先驱粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I : I的比例混合，取混合粉体IOOg加入到球磨机中混匀，制成(Y203+BaCu02)固相先驱粉；(2)配制液相源粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法烧结成 BaCuO2 粉，取 11. 17g Y2O3 初始粉与 23. 61gCu0、115. 21g BaCuO2 粉按摩尔比为 I 6 10混合均匀，作为液相源粉；(3)压制固相先驱块和液相块
取9g (Y203+BaCu02)固相先驱粉压制成直径为20mm的圆柱体形Y203+BaCu02固相先驱块，取13g液相源粉压制成直径为30mm的圆柱体形液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I 1. 44。(4)压制支撑块取3g Y2O3粉压制成与液相块形状相同的坯块，作为支撑块；(5)制备钕钡铜氧籽晶块取54. 8586g Nd2O3'32. 1727g BaCO3'12. 9687g CuO 混合，Nd2O3 与 BaCO3> CuO 的摩尔比为 I 1 :1，用固态反应法制成 Nd2BaCuO5 粉；取 20. 9895g Nd203、49. 2386g BaCO3>29. 7719g CuO混合，Nd2O3与BaCO3、CuO的摩尔比为I :4 :6，用固态反应法制成NdBa2Cu307_s粉，O彡δ彡I ^fNd2BaCuO5粉体与NdBa2Cu307_s粉体按照质量比为I :3混合均匀，作为先 驱块，用顶部籽晶熔融织构方法在管式炉中进行烧结，取自然解理的小方块作为钕钡铜氧杆晶块；( 6 )坯体装配及放置在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置4片MgO单晶片、支撑块、液相块、(Y203+BaCu02)固相先驱块和钕钡铜氧籽晶块，4片MgO单晶片的高度相同，钕钡铜氧籽晶块位于(Y203+BaCu02)固相先驱块上表面的中心位置。其它的步骤与实施例I相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。实施例3以所用原料Y2O3粉作为固相先驱粉的初始粉为例，用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法由下述的步骤组成(I)配制固相先驱粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :2. 5的比例混合，取混合粉体IOOg加入到球磨机中混勻，制成(Y203+2. 5BaCu02)固相先驱粉；(2)配制液相源粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法烧结成 BaCuO2 粉，取 11. 17g Y2O3 初始粉与 23. 61gCu0、115. 21g BaCuO2 粉按摩尔比为 I 6 10混合均匀，作为液相源粉；(3)压制固相先驱块和液相块取15. 853 Ig (Y203+2. 5BaCu02)固相先驱粉压制成直径为20mm的圆柱体形(Y203+2. 5BaCu02)固相先驱块，称13g取液相源粉压制成直径为30mm的圆柱体形液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :0. 82。(4)压制支撑块取3g Y2O3粉压制成与液相块形状相同的坯块，作为支撑块；(5)制备钕钡铜氧籽晶块取54. 8586g Nd2O3'32. 1727g BaCO3'12. 9687g CuO 混合，Nd2O3 与 BaCO3> CuO 的摩尔比为 I 1 :1，用固态反应法制成 Nd2BaCuO5 粉；取 20. 9895g Nd203、49. 2386g BaCO3>29. 7719g CuO混合，Nd2O3与BaCO3、CuO的摩尔比为I :4 :6，用固态反应法制成NdBa2Cu307_s粉，O彡δ彡I ^fNd2BaCuO5粉体与NdBa2Cu307_s粉体按照质量比为I :3混合均匀，作为先驱块，用顶部籽晶熔融织构方法在管式炉中进行烧结，取自然解理的小方块作为钕钡铜氧杆晶块；( 6 )坯体装配及放置在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置4片MgO单晶片、支撑块、液相块、(Y203+2. 5BaCu02)固相先驱块和钕钡铜氧籽晶块，4片MgO单晶片的高度相同，钕钡铜氧籽晶块位于(Y203+2. 5BaCu02)固相先驱块上表面的中心位置。其它的步骤与实施例I相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。实施例4以所用原料Y2O3粉作为固相先驱粉的初始粉为例，用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法由下述的步骤组成(I)配制固相先驱粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :0. 5的比例混合，取混合粉体IOOg加入到球磨机中混勻，制成(Y203+0. 5BaCu02)固相先驱粉；(2)配制液相源粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法烧结成 BaCuO2 粉，取 11. 17g Y2O3 初始粉与 23. 61gCu0、115. 21g BaCuO2 粉按摩尔比为 I 6 10混合均匀，作为液相源粉；(3)压制固相先驱块和液相块取6. 7150g (Y203+0. 5BaCu02)固相先驱粉压制成直径为20mm的圆柱体形(Y203+0. 5BaCu02)固相先驱块，称13g取液相源粉压制成直径为30mm的圆柱体形液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :1. 93。其它的步骤与实施例I相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。实施例5以所用原料Y2O3粉作为固相先驱粉的初始粉为例，用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法由下述的步骤组成(I)配制固相先驱粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :3的比例混合，取混合粉体IOOg加入到球磨机中混勻，制成(Y203+3BaCu02)固相先驱粉；(2)配制液相源粉取106. 9064g BaCO3与43. 0936g CuO按摩尔比为I : I均匀混合，用固态反应法烧结成 BaCuO2 粉，取 11. 17g Y2O3 初始粉与 23. 61gCu0、115. 21gBaCu02 粉按摩尔比为 I 6 10混合均匀，作为液相源粉；(3)压制固相先驱块和液相块取18. 1376g(Y203+3BaCu02)固相先驱粉压制成直径为20mm的圆柱体形(Y203+3BaCu02)固相先驱块，称13g取液相源粉压制成直径为30mm的圆柱体形液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :0. 72。其它的步骤与实施例I相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。
实施例6上述实施例I 5的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法中，在步骤(6)中，在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置3片MgO单晶片、支撑块、液相块、固相先驱块和钕钡铜氧籽晶块，3片MgO单晶片的高度相同，钕钡铜氧籽晶块位于固相先驱块上表面的中心位置，本步骤其它的操作与相应的实施例相同。在步骤(7)中，将装配好的坯体放入管式炉中，以每小时90°C的升温速率升温至920°C，保温20小时，以每小时40°C的升温速率升温至1040°C，保温2小时；以每小时50°C的降温速率降温至1015°C，以每小时O. 1°C的降温速率慢冷至970°C，随炉自然冷却至室温，得到单畴钇钡铜氧块材。其它的步骤与相应的实施例相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。实施例7上述实施例I 5的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法中，在步骤(6)中，在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置5片MgO单晶片、支撑块、液相块、固相先驱块和钕钡铜氧籽晶块，5片MgO单晶片的高度相同，钕钡铜氧籽晶块位于固相先驱块上表 面的中心位置，本步骤其它的操作与相应的实施例相同。在步骤(7)中，将装配好的坯体放入管式炉中，以每小时120°C的升温速率升温至920°C，保温10小时，以每小时60°C的升温速率升温至1045°C，保温I小时；以每小时50°C的降温速率降温至1020°C，以每小时O. 5°C的降温速率慢冷至990°C，随炉自然冷却至室温，得到单畴钇钡铜氧块材。其他的步骤与相应的实施例相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。实施例8上述实施例I 7的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法中，在步骤(2)中，Y2O3初始粉用等摩尔量的Yb2O3替换，与CuO、BaCuO2粉按摩尔比为I :6 :10混合均匀，作为液相源粉；本步骤的其它操作以及其他的步骤均与相应的实施例相同，制得单畴钇钡铜氧超导块材。实施例9上述实施例I 8的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法中，在步骤(3)中，取固相先驱粉压制成直径为25_的圆柱体形固相先驱块，取液相源粉压制成直径为35mm的圆柱体形液相块，保证液相块的尺寸块不小于固相先驱块的尺寸，其它的步骤与相应的实施例相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。实施例10上述实施例I 9的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法中，在步骤(4)中，所用原料Y2O3粉可以用等质量的Yb2O3粉替换，压制成支撑块，其它的步骤与相应的实施例相同，得到单畴钇钡铜氧超导块材。为了确定本发明的最佳原料配比，发明人进行了大量的实验室研究试验，其中确定与BaCuO2不同比例对单畴乾钡铜氧超导块材形貌和磁悬浮力的影响实验情况如下按照实施例I中的工艺条件试验，在步骤I中配制(Y203+x BaCuO2)固相先驱粉，将BaCO3与CuO按摩尔比为I : I混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为Y2O3 =BaCuO2=I :χ混合均匀，制成(Y203+x BaCuO2)作为固相先驱粉。χ分别为O. 5、I、I. 2、I. 5、1.8、2、2. 5、3，混合均匀，制备成固相先驱粉，其他步骤与实施例I相同，制备成直径为20mm单畴钇钡铜氧超导块材。
(I)分别对所制备的单畴钇钡铜氧超导块材采用三维磁场与磁力测试装置对磁悬浮力进行测试，测试结果图I。在图I中，曲线a为x=0. 5的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线，曲线b为X=L O的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线，曲线c为X=L 2时的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线，曲线d为X=L 5时的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线，曲线e为X=L 8时的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线，曲线f为x=2时的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线，曲线g为x=2. 5时的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线，曲线h为x=3时的单畴钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线。图中Z为永磁体与单畴钇钡铜氧超导块材的距离，磁悬浮力与单畴钇钡铜氧超导块上表面积(上表面直径为20mm)的比为磁悬浮力密度，由图I可见，Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为Y2O3 =BaCuO2=I x混合均匀配制成的固相先驱粉，χ分别为O. 5、I. O、I. 2、I. 5、I. 8,2. 0,2. 5,3. O的所指制备的钇钡铜氧超导块材的最大磁悬浮力分别 3· 14805Ν、44· 12318Ν、46· 89916Ν、44· 25472Ν、34· 25446Ν、29. 48641Ν、22. 20067NU0. 23915Ν,由此可见，当 Y2O3 =BaCuO2=I :1. 2 时磁悬浮力最大，值为 46. 89916N，相应磁悬浮力密度为14. 94N/cm2。(2)将上述χ分别为O. 5、I. O、I. 2、I. 5、I. 8,2. 0,2. 5,3. O时所制备的单畴钇钡铜
氧超导块材，用照相机拍其表面形貌，参见图2至图9。由图2至图9对比可知，当O. 5 < χ < I时钇钡铜氧晶体不能长满整个样品。随着χ的增加，当I < χ < 2时钇钡铜氧晶体能长满整个样品，以籽晶为中心位置的四个对称扇区，具有明显的十字花纹且表面光滑。当X进一步增大时，样品的形貌发生了细微的变化，钇钡铜氧晶体的生长区域呈现出减小的趋势。本发明的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法不仅限于上述的几种实施方式，而且本发明的方法还可用于制备Gd、Sm、Nd、Eu等其他系列的高温超导块材。
权利要求
1.一种用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法，由下述的步骤组成 (1)配制固相先驱粉 将BaCO3与CuO按摩尔比为I : I混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :x的比例混合均匀，制成Y203+x BaCuO2固相先驱粉； 上式中O. 5≤X≤3 ; (2)配制液相源粉 将BaCO3与CuO按摩尔比为I : I混合，用固态反应法烧结成BaCuO2粉，将Y2O3或Yb2O3初始粉与CuCKBaCuO2粉按摩尔比为I :6 :10混合均匀，作为液相源粉； (3)压制固相先驱块和液相块 取Y203+x BaCuO2固相先驱粉和液相源粉，分别压制成Y203+x BaCuO2固相先驱块和液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :0. 72 I. 93 ; (4)压制支撑块 将Y2O3粉或Yb2O3粉压制成与液相块形状相同的坯块，作为支撑块； (5)制备钕钡铜氧籽晶块 取Nd2O3与BaCO3' CuO混合，Nd2O3与BaCO3' CuO的摩尔比为I :1 :1，用固态反应法制成Nd2BaCuO5粉；取Nd2O3与BaCO3、CuO混合，Nd2O3与BaCO3XuO的摩尔比为I :4 :6，用固态反应法制成NdBa2Cu307_s粉；将Nd2BaCuO5粉体与NdBa2Cu307_s粉体按照质量比为I :3混合均匀，作为先驱块，用顶部籽晶熔融织构方法烧结，取自然解理的小方块作为钕钡铜氧籽晶块； 上式中δ I ； (6)坯体装配及放置 在Al2O3垫片上表面至下而上依次放置MgO单晶片、支撑块、液相块、Y203+x BaCuO2固相先驱块和钕钡铜氧籽晶块，形成坯体； (7)熔渗生长单畴钇钡铜氧块材 将装配好的坯体放入管式炉中，以每小时90 120°C的升温速率升温至920°C，保温10 20小时，以每小时40 60°C的升温速率升温至1040 1045°C，保温I 2小时；以每小时50°C的降温速率降温至1015 1020°C，以每小时O. I O. 5°C的降温速率慢冷至970 990°C，随炉自然冷却至室温，得到单畴钇钡铜氧块材； (8)渗氧处理 将单畴钇钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，410 440°C的温区中慢冷200小时，得到单畴钇钡铜氧超导块材。
2.根据权利要求I所述的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法，其特征在于所述步骤(I)中，将BaCO3与CuO按摩尔比为I :I混合，用固态反应法制成BaCuO2粉，将Y2O3初始粉与BaCuO2粉按摩尔比为I :x的比例混合均匀，制成Y203+x BaCuO2固相先驱粉，上式中I≤X≤2.5。
3.根据权利要求I所述的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法，其特征在于所述步骤(3)中，取Y203+x BaCuO2固相先驱粉和液相源粉,分别压制成Υ203+χBaCuO2固相先驱块和液相块，固相先驱粉与液相源粉的质量比为I :0. 82 I. 44。
4.根据权利要求3所述的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法，其特征在于所述液相块的尺寸块不小于固相块的尺寸。
5.根据权利要求I所述的用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法，其特征在于所述步骤(6)中，MgO单晶片是等1 的3 5片。
全文摘要
本发明涉及一种用顶部籽晶熔渗法制备单畴钇钡铜氧超导块材的方法，其是通过改变固相块所用固相源粉和液相源粉的成份，使得整个熔渗生长过程仅需BaCuO2一种先驱粉，简化了实验环节、缩短了实验周期、降低了实验成本、提高了效率，而且本发明所制产品磁悬浮力大，采用了液相块的尺寸与固相先驱块的尺寸相比稍大或相等的装配方法，有利于防止液相的流失、样品的坍塌以及有利于固相与液相的充分接触，有利于晶体的生长，易于定向生长。
文档编号C30B1/00GK102925954SQ201210507250
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者杨万民, 王孝江, 王明梓 申请人:陕西师范大学