专利名称：基于钕钡铜氧保护层作熔融生长籽晶的超导块材制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种超导材料技术领域的制备方法，具体是一种基于 NdBa2Cu3Oz (简称NdBCO、钕钡铜氧)保护层作熔融生长(Melt Textured Growth，简称MTG) 籽晶的的超导块材制备方法。
背景技术：
自从科学家发现REBa2Cu3Oz(简称REBC0、稀土钡铜氧)这种具有巨大应用前途的高温超导材料以来，其过高的制备成本一直制约其发展，而昂贵的籽晶材料是造成超导块体材料制备成本过高的因素之一。传统工艺中常使用的薄膜籽晶，虽然具有高热稳定性、易于制备等优点，但由于制备工艺要求严格，且不能重复使用，因此使用成本较高。如何能有效地降低籽晶的使用成本，一直是一个热门的研究课题。经过对现有技术的检索发现，目前减少籽晶制备成本，主要是使用批量生产的办法，如《用于制备Sml23籽晶的、在空气中熔融织构SmBCO材料的生长与研究》(J Bierlich, THabisreuther,etc. , Superconductor Science and Technology,18 (2005)S194-S197)提到，可以将MgO (氧化镁)诱导生长出的SmBCO (钐钡铜氧SmBEi2Cu3Oz,简称SmBCO或Sml23) 晶体，用于批量生产SmBCO籽晶。但是该技术由于是使用MgO籽晶，而MgO与SmBCO晶格不完全匹配，致使熔融织构生长出来的SmBCO为多晶。但作籽晶使用的晶体必须保证晶体内晶向的统一，因此要使用 SmBCO作籽晶，必须对SmBCO多晶进行分割，分离出单晶，并且分辨出不同晶向，以保证单个晶粒的晶向统一。如此，便造成籽晶的制备成本上升，且过程耗时。其次，在所有REBCO 中，NdBCO 的 Tp(peritectic temperature，包晶反应温度)高于 SmBCO,Tp(SmBCO) = 1055°C,Tp (NdBCO) = 1085°C。而在 MTG 中使用最高温度(Tmax)必须高于待制备单晶材料的Tp，即要使待制备材料发生包晶反应；但为保证籽晶安全(不能使籽晶也发生包晶反应，否则就会使籽晶晶向发生改变，也就失去了籽晶诱导待制备材料单晶晶向的意义)，MTG中使用的温度不能超过籽晶的Tp。因此，Sml23籽晶，只能用于Tp 小于Tp(SmBCO)的晶体材料，应用范围有限。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于钕钡铜氧保护层作熔融生长籽晶的超导块材制备方法，用NdBCCHAg2O块体材料实验中副产物——NdBCO保护层作籽晶。 所谓保护层，即籽晶与待生长块材之间的一层小的过渡层，一般与待生长块材的成分一致， 但尺寸较小，能起到规则单畴生长的作用。由于NdBCCHAg2O块体材料实验中使用NdBCO薄膜作籽晶，其与NdBCO晶格有很好的匹配性，因此诱导生成的NdBCO保护层晶向统一，能很容易辨别出(001)晶面，利用方便。再者，由于在NdBCCHAg2O块体材料实验中，NdBCO保护层与NdBCO块体粉料是分开压成块的，只是在MTG反应中将两者接触叠放在一起，由于没有另加机械外力，因此相较于Sml23籽晶，在NdBCO生成单晶中，保护层与块体材料联结力较弱，因此解理过程也更为简单。其次，在所有REBCO材料中，NdBCO拥有最高的Tp，因此NdBCO 保护层可以为其他REBCO单晶材料作籽晶使用，使用范围广泛。NdBCO保护层作籽晶，在生长得到高质量单畴块体材料的同时，能有效降低籽晶使用成本，且籽晶能够重复解理利用， 更能降低成本。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤第一步、将稀土钡铜氧(NdBCO) +Ag2O块体材料实验过程中的NdBCO保护层解理下来作为籽晶。所述的NdBCO保护层的直径约为5mm，高度约为2mm。所述的解理是指矿物晶体受力后常沿一定方向的平面破裂，此破裂平面即称为解理面。解理面一般平行于晶体格架中质点最紧密，联结力最强的面。因为垂直这种面的联结力较弱，面与面之间的联结力弱，晶粒易于平行此面破裂，解理的具体步骤为在NdBCO 保护层与NdBCO体材料接触面处平行施加一外力，晶体受力后在接触面处将沿受力方向的产生平面破裂，NdBCO保护层即与NdBCO体材料解理。第二步、将稀土钡铜氧粉料或混合有A&0的稀土钡铜氧粉料压块，将籽晶放置在粉料块的顶面上并使NdBCO保护层的(001)面接触粉料块；第三步、把粉料块放入炉中并升温至Tmax = 1080°C后保温1. 5小时，然后快速降温到开始温度Ts，以0. 3°C /小时的速度，缓慢降温生长10小时，实现超导块材制备。所述的开始温度Ts为1005 1060°C。本发明所述的NdBCO保护层作籽晶，适合于所有“REBC0+Ag20”超导相单畴的制备， 且适用于除NdBCO外其他REBCO超导相单畴的制备。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1选择Ts = 10050C，生长YBei2Cu3Oz (简称钇钡铜氧、YBC0)单畴。1)将“NdBC0+A&0”实验中的NdBCO保护层解理下来，以备作籽晶使用；2)将YBCO粉料压块，将NdBCO保护层放置在顶面上，并保证NdBCO保护层的(001) 面接触粉料块；3)把放有籽晶的粉料块放入炉中，将温度上升到Tmax = 1080°C，并保温1. 5小时，再快速降温到iTs = 1005°C，以0. 3°C /小时的速度，降温到1002°C，生长10小时；4)将炉温度快速降低到室温，解理下NdBCO保护层以备下次作籽晶使用。制得的TOCO单畴的Jc (critical current density，临界电流密度，其值越高，超导体的性能越好)最高值为50000A/cm2，性能良好。实施例2选择Ts = 10450C，生长GdBa2Cu3Oz (简称GdBCO、钆钡铜氧)单畴。1)将“NdBC0+A&0”实验中的NdBCO保护层解理下来，以备作籽晶使用；2)将GdBCO粉料压块，将NdBCO保护层放置在顶面上，并保证NdBCO保护层的(001)面接触粉料块；3)把放有籽晶的粉料块放入炉中，将温度上升Tmax = 1080°C，并保温1. 5小时， 再快速降温到iTs = 1045°C，以0. 3°C /小时的速度，降温到1042°C，生长10小时；4)将炉温度快速降低到室温，解理下NdBCO保护层以备下次作籽晶使用。制得的GdBCO单畴的Jc最高值为65000A/cm2，性能良好。实施例3选择I1s = 1060°C，生长NdBCO+15wt% Ag2O (质量分数为15%的氧化银)。1)将“NdBC0+A&0”实验中的NdBCO保护层解理下来，以备作籽晶使用；2)将NdBCO粉料加入15wt % Ag2O粉，混合均勻，再将粉料压块。将NdBCO保护层放置在顶面上，并保证NdBCO保护层的(001)面接触粉料块；3)把放有籽晶的粉料块放入炉中，将温度上升Tmax = 1080°C，并保温1. 5小时， 再快速降温到iTs = 1060°C，以0. 3°C /小时的速度，降温到1057°C，生长10小时；4)将炉温度快速降低到室温，解理下NdBCO保护层以备下次作籽晶使用。制得的NdBCO的Jc最高值为40000A/cm2，性能良好。由于NdBCO保护层是“NdBC0+5Wt% Ag2O^TG实验的副产物，其作为籽晶的制备成本可忽略不计。且由于其晶向统一，(001)面极易获得，解理作籽晶使用极为方便。又由于 NdBCO有很高的Tp，NdBCO保护层籽晶可以允许很高的MTG实验温度，所以NdBCO保护层可作为任何“REBC0+Ag20”MTG实验的籽晶使用，应用范围广泛。经实验验证，证实NdBCO保护层籽晶是性能高，且成本低、利用方便的籽晶。
权利要求
1.一种基于钕钡铜氧保护层作熔融生长籽晶的超导块材制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、将NdBCCHAg2O块体材料实验中的NdBCO保护层解理下来作为籽晶；第二步、将稀土钡铜氧粉料或混合有A&0的稀土钡铜氧粉料压块，将籽晶放置在粉料块的顶面上并使NdBCO保护层的(001)面接触粉料块；第三步、把粉料块放入炉中并升温至Tmax = 1080°C后保温1. 5小时，然后快速降温到开始温度Ts，以0. 3°C /小时的速度，缓慢降温生长10小时，实现超导块材制备。
2.根据权利要求1所述的基于钕钡铜氧保护层作熔融生长籽晶的超导块材制备方法， 其特征是，在NdBCO保护层与NdBCO体材料接触面处平行施加一外力，晶体受力后在接触面处将沿受力方向的产生平面破裂，NdBCO保护层即与NdBCO体材料解理。
3.基于钕钡铜氧保护层作熔融生长籽晶的超导块材制备方法，其特征是，所述的开始温度 iTs 为1005 1060°C。
全文摘要
一种超导材料制备技术领域的基于钕钡铜氧保护层作熔融生长籽晶的超导块材制备方法，通过将NdBCO+Ag2O块体材料实验中的NdBCO保护层解理下来作为籽晶；然后将稀土钡铜氧粉料或混合有Ag2O的稀土钡铜氧粉料压块，将籽晶放置在粉料块的顶面上并使NdBCO保护层的(001)面接触粉料块；再把粉料块放入炉中并升温至Tmax＝1080℃后保温1.5小时，然后快速降温到开始温度Ts，以0.3℃/小时的速度，缓慢降温生长10小时，实现超导块材制备。本发明制备过程简易且成本低廉，在生长得到高质量单畴块体材料的同时，能有效降低籽晶使用成本。
文档编号C04B41/87GK102167588SQ20101061950
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者姚忻, 李天宇, 许恒恒 申请人:上海交通大学