專利名稱：各向同性高磁懸浮力高溫超導(dǎo)型材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)材料的制備方法，特別是一種具有各向同性高磁懸浮力的釔鋇銅氧超導(dǎo)型材的制備方法。
高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展是近代超導(dǎo)物理的一大成就，然而，高溫超導(dǎo)體的制備和應(yīng)用仍然是科學(xué)家們努力研究的課題。這主要是因為高溫超導(dǎo)體一般都是氧化物，具有陶瓷特性，因而高溫超導(dǎo)體無論是線、帶材的制備，還是體材料成型都存在著不少困難，特別是在制造一些特殊要求的器件時，更需探索新途徑，新方法。氧化物高溫超導(dǎo)塊材應(yīng)用的最重要方面是研制各種磁懸浮器件。為了提高超導(dǎo)體與永磁體的相互作用力，人們采用了熔融織構(gòu)生長(MTG)、粉末熔融處理(PMP)、融化粉末熔融生長(MPMG)等一系列熔化法制備強(qiáng)磁懸浮力的釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材(M.Murakami，MeltProcessed High-Temperature Superconductors，SingaporeWorld Scientific1993，P224)。在這些方法中超導(dǎo)相YBa2Cu3Ox(Y123)都由Y2BaCuO5(Y211)和液相L(3BaCuO2+2CuO)經(jīng)包晶反應(yīng)過程生成，即Y211+L→Y123，為了減少大角度晶界的出現(xiàn)，降低晶粒間的弱連接，這一過程往往在一定溫度梯度的環(huán)境中完成，這樣制備的塊材具有晶粒定向排列、晶疇擇優(yōu)取向的特征，因此其磁懸浮力具有明顯的各向異性，Y123的c軸方向即為磁懸浮力的最大方向，以對5000高斯的釹鐵硼NdFeB磁體為例，在
方向的磁懸浮力7-10牛頓/厘米2，而在其垂直方向磁懸浮力為1-4牛頓/厘米2。這種各向異性磁懸浮力的材料不適宜用來制造一些高要求的超導(dǎo)元器件。此外，用一般燒結(jié)法制備的釔鋇銅氧超導(dǎo)塊材，由于未經(jīng)融化生長過程，Y123晶粒均勻彌散在材料的各個方位，無擇優(yōu)取向，故磁懸浮力各向同性良好。然而，該類材料中弱連接現(xiàn)象嚴(yán)重，晶粒細(xì)小，磁懸浮力很小，一般為10-4牛頓/厘米2，難以實現(xiàn)明顯的磁懸浮。為了能比較容易地加工制造一些高性能高要求的超導(dǎo)元器件，必須制備各向同性高磁懸浮力的高溫超導(dǎo)體。為此，本發(fā)明研究改進(jìn)成一種實用的各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)型材的制備方法。
本發(fā)明的目的是，在釔鋇銅氧超導(dǎo)相Y123中摻入高過量的同質(zhì)或異質(zhì)非超導(dǎo)相Re211，添加適度的貴重金屬或其氧化物，用等靜壓法壓制毛坯，退火。退火后的毛坯機(jī)械強(qiáng)度適中，可加工成型。然后在均勻溫度環(huán)境中對型材燒結(jié)、熱處理，從而制備成各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)型材。
本發(fā)明的具體制備工藝如下
在超導(dǎo)相釔鋇銅氧YBa2Cu3Ox(Y123)中放入高過量的同質(zhì)或異質(zhì)非超導(dǎo)相Re2BaCuO5(Re211)(25-50％重量百分比，Re為釔Y，釤Sm或釹Nd等)，再添加適度的貴重金屬或其氧化物，如0.1-20％重量百分比的Ag/Ag2O、Pt/PtO、Sn/SnO2等，得到原始混合粉料，并用紅外及X光分別對上述各相進(jìn)行監(jiān)測和控制，力求成分的高品質(zhì)和均勻性；用等靜壓法將原始混合粉料壓制成毛坯，毛坯的機(jī)械應(yīng)力呈各向同性，經(jīng)750-900℃退火10-50小時后，由于其機(jī)械強(qiáng)度適中，可將其加工成所需形狀；將加工成型的型材重新加溫到800-950℃，在溫度均勻的環(huán)境中燒結(jié)20-50小時。燒結(jié)后，降至室溫，再升溫，并在1000-1030℃均勻溫度環(huán)境中，維持0.5-3小時；然后以適當(dāng)?shù)慕禍厮俾?3-10℃/小時)降溫，降溫至930-960℃，維持20-50小時。完成由非超導(dǎo)相釔鋇銅氧Y2BaCuO5(Y211)和液相銅鋇氧化物L(fēng)(3BaCuO2+2CuO)經(jīng)包晶反應(yīng)生成超導(dǎo)相釔鋇銅氧YBa2Cu3Ox(Y123)的過程，即Y211+L→Y123包晶反應(yīng)過程。然后，再以較快速率(30-100℃/小時)降到600-750℃，此時對型材樣品周圍環(huán)境充氧，使其在相變及之后的隨爐降溫中充分吸氧，從而完成本發(fā)明各向同性的高磁懸浮力高溫超導(dǎo)型材的制備。
本發(fā)明方法的優(yōu)點是，既具有熔融織構(gòu)方法制備釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)材料的高磁懸浮力長處，又具有粉末燒結(jié)法制備多晶超導(dǎo)體磁懸浮力各向同性的特點，還能對需有一定幾何形狀的超導(dǎo)元器件進(jìn)行機(jī)械加工。是一種較為實用、簡單、易于操作的各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)型材的制備方法。


圖1，是按本發(fā)明各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)型材制備方法制成的、懸浮在釹鐵硼永磁體上方的球形陀螺轉(zhuǎn)子。其中，1、釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)球體；2、釹鐵硼永磁體。
下面詳細(xì)說明符合本發(fā)明主題的實施例。
實施例本實施例中直徑為2.8厘米球形超導(dǎo)陀螺轉(zhuǎn)子1的制造方法如下在釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)相YBa2Cu3Ox(Y123)中放入30％重量百分比的同質(zhì)非超導(dǎo)相Y2BaCuO5(Y211)以及15％重量百分比氧化銀(Ag2O)，進(jìn)行混和。利用紅外及X光分別對上述各相進(jìn)行監(jiān)測和控制，力求成分的高品質(zhì)和均勻性；用等靜壓法將如上混合粉料壓制成毛坯，毛坯中的機(jī)械應(yīng)力呈各向同性；這個毛坯經(jīng)800℃退火30小時后，機(jī)械強(qiáng)度適中，進(jìn)一步加工成所需尺寸的圓球。此圓球在900℃燒結(jié)45小時，其機(jī)械強(qiáng)度和體密度得到進(jìn)一步增強(qiáng)。燒結(jié)后，再將圓球加熱到1010℃，在均勻溫度環(huán)境中維持1小時；使圓球整體溫度均勻。之后以4℃/小時降溫速率降溫至950℃，維持40小時，使已有的晶核進(jìn)一步長大，以提高磁懸浮力，同時又不破壞圓球四周晶疇的均勻分布。隨后以較大降溫速率(40℃/小時)降到650℃，即Y123由四方到正交相變溫度時，開始對圓球周圍環(huán)境充氧氣，使其在相變及之后的隨爐降溫中充分吸氧，從而制成直徑為2.8厘米的球形陀螺轉(zhuǎn)子1。
制成的球形轉(zhuǎn)子在液氮溫度下，可以以不同姿態(tài)較平穩(wěn)地懸浮在釹鐵硼永磁體2上，其磁懸浮力達(dá)6-8牛頓/厘米2，且在某個方向上施一切向力矩，釔鋇銅氧超導(dǎo)圓球，能保持長時間旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)型材的制備方法，包括等靜壓法將粉料壓制成機(jī)械應(yīng)力呈各向同性的毛坯工藝以及由非超導(dǎo)相釔鋇銅氧Y2BaCuO5(Y211)和液相銅鋇氧化物L(fēng)(3BaCuO2+2CuO)經(jīng)包晶反應(yīng)生成超導(dǎo)相釔鋇銅氧YBa2Cu3Ox(Y123)的過程，其特征在于a.在超導(dǎo)相釔鋇銅氧YBa2Cu3Ox(Y123)中摻入高過量的同質(zhì)或異質(zhì)非超導(dǎo)相Re2BaCuO5(Re211，Re＝釔或釤或釹)和貴重金屬或其氧化物(Ag/Ag2O、Pt/PtO、Sn/SnO2等)，混合成原始粉料；b.用等靜壓法將原始粉料壓制成機(jī)械應(yīng)力呈各向同性毛坯，并在750-900℃對毛坯退火10-50小時；c.將冷卻后的毛坯機(jī)械加工成型；d.在溫度均勻的環(huán)境中，將型材加溫到800-950℃，燒結(jié)20-50小時，降至室溫后再升溫，在1000-1030℃維持0.5-3小時；e.以3-10℃/小時速率降溫，當(dāng)溫度降至930-960℃時，保溫20-50小時；f.繼續(xù)降溫到600-750℃時，開始對超導(dǎo)型材周圍環(huán)境充入氧氣，直至冷卻到室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧超導(dǎo)型材的制備方法，其特征在于摻入高過量的同質(zhì)或異質(zhì)非超導(dǎo)相Re2BaCuO5[Re211，Re為釔(Y)或釤(Sm)或釹(Nd)等稀土元素]的比例為25-50％重量百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧超導(dǎo)型材的制備方法，其特征在于添加貴重金屬或其氧化物(Ag/Ag2O、Pt/PtO、Sn/SnO2等)的比例為0.1-20％重量百分比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧超導(dǎo)型材的制備方法，其特征在于，型材試樣在溫度均勻環(huán)境中進(jìn)行熱處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)型材的制備方法,通過在釔鋇銅氧超導(dǎo)相中摻入高過量非超導(dǎo)相、添加貴重金屬或其氧化物、等靜壓法壓制毛坯、退火、機(jī)械加工、燒結(jié)、熱處理、冷卻充氧等工藝,制備各向同性高磁懸浮力釔鋇銅氧超導(dǎo)型材。本方法兼有熔融織構(gòu)法制備的晶粒取向超導(dǎo)塊材高磁懸浮力和粉末燒結(jié)多晶超導(dǎo)塊材磁懸浮力各向同性的特點,還可按需,對元器件機(jī)械加工,是一種較為實用、簡單的各向同性高磁懸浮力高溫超導(dǎo)型材的制備方法。
文檔編號H01L39/12GK1176950SQ96116509
公開日1998年3月25日 申請日期1996年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月17日
發(fā)明者蔡傳兵, 傅耀先 申請人:中國科學(xué)院上海冶金研究所