專利名稱：鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)體復(fù)合線材、帶材、板材以及其它型材的制備技術(shù)。
自從金屬氧化物超導(dǎo)體問(wèn)世以來(lái)，全世界掀起了高溫超導(dǎo)體研究的熱潮與競(jìng)爭(zhēng)，各種高溫金屬氧化物超導(dǎo)體相繼涌現(xiàn)。目前已有許多科學(xué)家和研究人員投入到高溫氧化物超導(dǎo)材料的實(shí)用化研究中，并取得了一系列成果。以往，實(shí)用超導(dǎo)材料一般都制備成復(fù)合材料，即除了超導(dǎo)體本身外，還包裹含穩(wěn)定化材料、絕緣材料，有時(shí)還需加固材料以提高其機(jī)械性能。由于氧化物高溫超導(dǎo)材料具有陶瓷脆性以及對(duì)氧含量的敏感性，給成材帶來(lái)極大困難。例如，制備釔鋇銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)復(fù)合材料時(shí)，高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，超導(dǎo)氧化物將與包套材料進(jìn)行反應(yīng)，影響其超導(dǎo)性能，甚至使之失超。更為嚴(yán)重的是，釔系氧化物超導(dǎo)材料的氧含量隨溫度的變化而變化。高溫(＞900℃)燒結(jié)時(shí)，為低氧的非高溫超導(dǎo)四角相。因此，S.Jin等人在1987年的美國(guó)MRS會(huì)議上公開了一種用銀作包套的釔鋇銅氧復(fù)合超導(dǎo)材料制備方法。此后，YasuzoTANAKA等人在1988年日本應(yīng)用物理雜志上公開了一種銀包套釔鋇銅氧復(fù)合超導(dǎo)線圈的制備方法(YBCOSuperconductingCoilsOperatedatNitrogenTemperature.JapaneseJournalofAppliedPhysics，Vol.27，No5，May1988，PP.L799-L801)。這種用銀作包套的方法主要是利用了銀具有的二個(gè)特性1.銀在釔鋇銅氧系超導(dǎo)材料中并不影響它的超導(dǎo)電性;2.銀可固溶氧，因而在冷卻過(guò)程中可以從環(huán)境中吸氧，進(jìn)而被釔鋇銅氧超導(dǎo)體吸收，使其變成富氧的正交超導(dǎo)相。利用銀的這些特性，日本科學(xué)家已將銀用作其它金屬氧化物系超導(dǎo)材料的包套。除此之外，用其它金屬或合金作高溫氧化物超導(dǎo)材料的包套目前尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。本發(fā)明提供了一種使用多種金屬或合金作鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)材料包套的制備方法。為制備零電阻溫度約110K左右的鉍鍶鈣銅氧系高溫超導(dǎo)體復(fù)合線材、帶材、板材以及其它形狀的型材開辟了一條實(shí)用化道路。
本發(fā)明的目的是，利用鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)材料在低于800℃，其氧含量基本不變;較低溫度(小于800℃)可燒結(jié)以及不易與包套材料反應(yīng)的特性，用銅、鎳、銀或銅合金、鎳合金、不銹鋼或其它金屬或合金作包套，制備實(shí)用的各種鉍鍶鈣銅氧系復(fù)合超導(dǎo)體型材。
本發(fā)明的工藝過(guò)程說(shuō)明如下首先，按美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室公開的《結(jié)晶鉍鍶鈣銅氧玻璃110K超導(dǎo)性》文獻(xiàn)(110K Superconductivity Crystallized Bi-Sr-Ca-Cu-O Glasses，Donglu SHI，Monica BLANK et al，Pyhsica C 156，1988，p822-826)，將Bi2O3、SrCO3、CaCO3和CuO粉末按一定的Bi、Sr、Ca、Cu原子比混合研磨，預(yù)燒，再研磨，壓制，燒結(jié)成零電阻溫度約為110K的鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)體。繼而，將燒結(jié)后的超導(dǎo)體研磨成粉體裝入用銅、鎳、銀或銅合金、鎳合金、不銹鋼或其它熔點(diǎn)大于800℃的金屬或合金包套中，經(jīng)室溫冷加工或溫度低于800℃的熱加工，拉絲或軋制成高密度且有擇尤取向的各種型材。最后，將復(fù)合型材在650-800℃溫度下，保護(hù)氣氛(氮、氬、氖)或真空中燒結(jié)10-50小時(shí)，隨爐慢冷，便制備成臨界轉(zhuǎn)變溫度約為110K的，高臨界電流密度的鉍鍶鈣銅氧系實(shí)用超導(dǎo)復(fù)合材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，不但可用銀作鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)體的包套，而且可用其它熔點(diǎn)大于800℃的金屬或合金作為包套制備超導(dǎo)復(fù)合材料。其次，由于包套復(fù)合超導(dǎo)材料經(jīng)拉絲、軋制等工藝過(guò)程，超導(dǎo)體更致密且呈擇尤取向，因而大大提高了電流密度;由于鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)體在低于800℃時(shí)，氧不易逸出，型材燒結(jié)中無(wú)需從外界吸氧，因此，可用價(jià)格較為便宜的金屬或合金作包套，使成本大大降低;另外，本發(fā)明工藝可實(shí)現(xiàn)一次燒結(jié)快速成材，避免了目前人們普遍采用銀作包套進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，低溫長(zhǎng)時(shí)間吸氧過(guò)程。
下面具體說(shuō)明符合本發(fā)明工藝主題的實(shí)施例首先，按一定的Bi、Sr、Ca、Cu原子比，將Bi2O3、SrCO3、CaCO3和CuO粉體充分混合、研磨，然后在850℃條件下，對(duì)粉體進(jìn)行預(yù)燒24小時(shí)，預(yù)燒后，再研磨，壓制成塊體，在850-880℃條件下，燒結(jié)320小時(shí)，制成零電阻溫度約為110K的鉍鍶鈣銅氧超導(dǎo)體，再研磨成粉體，備用。復(fù)合超導(dǎo)材料的包套采用紫銅管。制備鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)復(fù)合型材時(shí)，把備用的超導(dǎo)粉體灌裝入外徑8毫米，內(nèi)徑6毫米的紫銅管中，且使超導(dǎo)粉體在管中達(dá)到充實(shí)、緊密。然后封閉紫銅管兩端，經(jīng)冷拉、軋制成厚約為0.3毫米、寬約為3毫米的帶材。最后，把加工成形的帶材置入真空或保護(hù)氣氛(氮?dú)?、氬氣、氖?中，在小于750℃條件下燒結(jié)15小時(shí)，隨爐慢冷，使制備成臨界轉(zhuǎn)變溫度約為110K的鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)復(fù)合帶材。
如上，用同樣工藝方法可制備出其它各種不同形狀和要求的鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)復(fù)合材料的制備方法，包括鉍鍶鈣銅氧系高溫超導(dǎo)粉體的制備工藝，其特征在于A、在銅、鎳、銀或銅合金，鎳合金，不銹鋼或其它金屬或合金包套材料中充實(shí)，緊密地灌裝鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)粉體；B、冷加工或熱加工灌裝好超導(dǎo)粉體的復(fù)合材料成各種型材；C、鉍鍶鈣銅氧系高溫超導(dǎo)復(fù)合型材的燒結(jié)溫度為650-800℃；燒結(jié)時(shí)間為10-50小時(shí)；保護(hù)氣氛為氦、氬、氖或其它保護(hù)氣體或真空；冷卻為隨爐慢冷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包套金屬材料的熔點(diǎn)大于800℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于熱加工采用的溫度小于800℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉍鍶鈣銅氧系高溫陶瓷超導(dǎo)復(fù)合材料的制備技術(shù)。包括制備超導(dǎo)粉體，在金屬或合金包套中灌裝超導(dǎo)粉體，冷、熱加工成型材，型材在真空或保護(hù)氣氛中，低于800℃溫度下燒結(jié)以及隨爐慢冷等工藝。使用本發(fā)明工藝制備超導(dǎo)復(fù)合材料，既避免了超導(dǎo)體氧濃度的改變，也避免了超導(dǎo)體與包套的反應(yīng)，且超導(dǎo)復(fù)合材料致密，臨界電流密度高，超導(dǎo)晶粒呈擇尤取向。是一種實(shí)用的鉍鍶鈣銅氧系超導(dǎo)復(fù)合材料的制備方法。
文檔編號(hào)H01B12/00GK1044729SQ89105470
公開日1990年8月15日 申請(qǐng)日期1989年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月1日
發(fā)明者李廷偉, 陳廷國(guó), 吳自良 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所