用镱基液相源熔渗生长纳米复合钇钡铜氧超导块材的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高温铜氧化物超导材料技术领域，具体涉及到一种用镱基液相源熔渗 生长纳米复合钇钡铜氧超导块材的方法。
【背景技术】
[0002] 利用顶部籽晶技术引导生长的单畴RE-Ba-Cu-0 (REBCO，RE=Y、Gd、Sm、Nd等）高温 超导块材，有效解决了多晶样品和多畴样品中晶界处存在的"弱连接"现象，能承载更高的 体临界电流，表现出更高的捕获磁通和磁悬浮性能，在微型超导磁体、超导电机、磁悬浮轴 承、储能飞轮和磁悬浮列车等方面具有广阔的应用前景。
[0003] 通过掺杂RE2BaCuO^驱粉在REBa2Cu307_ s超导基体中引入弥散分布的细小 RE2BaCu05粒子可以显著提高REBC0超导块材的磁通钉扎能力。在低场条件下，样品的临 界电流密度Jc与Vf211/d211成正比（V{211为RE2BaCu05粒子在REBa2Cu307_ 6超导基体中占的 体积分数，d211为RE2BaCu〇j4子的平均粒径)。因此，若要获得更高的J。，必须进一步降低 RE2BaCu05粒子的尺寸，并使其均匀分布。为此人们曾尝试将纳米级的RE2BaCu05前驱粉掺杂 到REBC0超导块材中，然而由于REBa2Cu307_s晶体的生长固化过程非常缓慢，RE2BaCu〇j4 子在富含RE3+的Ba-Cu-0液相中会经历严重的Ostwald粗化长大过程，最终样品内捕获的 RE2BaCu〇j4子的平均粒径还是增大到亚微米至1微米之间，无法起到最有效的磁通钉扎作 用。如果超导体内没有足够强的磁通钉扎中心，其无阻载流能力就会受到限制，从而导致样 品的捕获磁通和磁悬浮性能偏低，达不到实际应用所需的技术指标。而且较低的磁通钉扎 力也无法阻止高温超导体在液氮温区（77K)工作时因热激活而产生的磁通蠕动，从而出现 捕获磁通和磁悬浮力随时间衰减严重的问题。这些问题的存在严重影响了该类材料的实用 价值及其实用化进程。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种能在超导基体中引入纳米级钉扎中心 从而保证样品超导性能的、用镱基液相源熔渗生长纳米复合钇钡铜氧超导块材的方法。
[0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成： (1) 配制固相粉： 将BaO、CuO初始粉按摩尔比为1 :1的比例混合均匀，用固相反应法制成BaCu02前驱 粉；再将平均粒径50nm的Y203纳米粉与BaCu02前驱粉按摩尔比为1 :1的比例混合，同时 添加0. 5%~1. 5% (w/w)的Ce02初始粉，混合均匀，作为固相粉； 上述配比中的Ce02初始粉直接添加到固相粉中，在恪渗生长过程中起到抑制Y2BaCu05 纳米粒子粗化长大、细化Y2BaCu05粒度的作用，保证了纳米复合钇钡铜氧超导块材的成功 制备； (2) 配制液相源粉： 将Yb203与BaO、CuO初始粉按摩尔比为1 :1 :1的比例混合均匀，用固相反应法制成 Yb2BaCuO^驱粉；再将Yb办&1〇5前驱粉与BaO、CuO初始粉按摩尔比为1 :9 :15的比例混 合均匀，作为液相源粉； (3) 压制前驱块： 取固相粉放入圆柱型模具1中，压制成固相块；取液相源粉放入圆柱型模具2中，压制 成液相源块；其中所用固相粉与液相源粉的质量比为1 :2. 5~3. 5,圆柱型模具2的直径为 比圆柱型模具1大l〇mm;再取￥1321^(：11〇5前驱粉放入圆柱型模具2中，压制成厚约2mm的薄 片，作为支撑块； (4) 装配前驱块： 将液相源块、固相块自下而上依次同轴放置在支撑块的正上方，再将一块钕钡铜氧籽 晶置于固相块的上表面中心位置，完成前驱块的装配； (5) 熔渗生长纳米复合钇钡铜氧单畴块材： 将装配好的前驱块放在A1203垫片上，中间隔以5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入 井式炉中，以每小时300°C的升温速率升温至800~900°C，保温5~15小时；再以每小时 60°C的升温速率升温至1030~1040°C，保温0. 5~1. 5小时；然后以每小时60°C的降温速 率降温至1000~l〇l〇°C，再以每小时0. 2~0. 5°C的降温速率慢冷至970~980°C，随炉自 然冷却至室温，得到纳米复合钇钡铜氧单畴块材； (6) 渗氧处理： 将纳米复合钇钡铜氧单畴块材放入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，450~400°C的 温区中慢冷200小时，得到纳米复合钇钡铜氧超导块材。
[0006] 在本发明的配制固相粉步骤（1)中，将平均粒径50nm的Y203纳米粉与BaCuO2前驱 粉按摩尔比为1 :1的比例混合，最佳添加1% (w/w)的CeOjB始粉；在压制前驱块步骤（3) 中，所用固相粉与液相源粉的最佳质量比为1 :3 ;在熔渗生长纳米复合钇钡铜氧单畴块材 步骤（5)中，最佳以每小时300°C的升温速率升温至850°C，保温10小时；再以每小时60°C 的升温速率升温至1035°C，保温1小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1005°C，再 以每小时0. 33°C的降温速率慢冷至975°C，随炉自然冷却至室温，得到纳米复合钇钡铜氧 单畴块材。
[0007] 本发明采用顶部籽晶熔渗生长（TSIG)方法，通过使用Y203纳米粉与BaCuO2前驱 粉、Ce02初始粉的混合物充当固相粉，经过高温熔渗及慢冷生长后，在钇钡铜氧超导块材内 成功引入纳米级的Y2BaCu05粒子，获得了更高的超导性能。采用了Yb2BaCu0^驱粉与BaO、 CuO初始粉的混合物充当镱基液相源粉压制液相源块，即能稳定地支撑其上的固相块，又能 最大程度地为钇钡铜氧块材的生长供应液相。本发明也可用于制备Nd、Sm、Gd等其他系列 的纳米复合超导块材。
[0008]
【附图说明】： 图1是实施例1的装配前驱块的示意图；其中1为液相源块，2为固相块，3为支撑块， 4为钕钡铜氧籽晶； 图2是实施例1制备的纳米复合钇钡铜氧超导块材的表面形貌图； 图3是实施例1制备的纳米复合钇钡铜氧超导块材的磁悬浮力曲线； 图4是实施例1制备的纳米复合钇钡铜氧超导块材的微观结构图。
[0009]
【具体实施方式】
[0010] 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。 其中所用到的纳米Y203 (平均粒径50nm)、Yb203、Ce02、BaO和CuO化学原料均有市售。
[0011] 实施例1 (1) 配制固相粉： 取65. 8415gBaO与34. 1585gCuO初始粉混合均匀，即BaO与CuO初始粉的摩尔比 为1 : 1，用固相反应法制成8&&1〇2前驱粉；再取39. 3842gY203纳米粉(平均粒径50nm)与 40. 6158gBaCu02前驱粉混合，同时添加0.8gCeO2初始粉，即Y203纳米粉与BaCuO2前驱粉 的摩尔比为1:1，同时添加1% (w/w)的Ce02初始粉，混合均匀，作为固相粉； (2) 配制液相源粉： 取 62. 8564gYb203与 24. 4559gBa0、12. 6877gCuO初始粉混合均匀，S卩Yb203与BaO、CuO初始粉的摩尔比为1 :1 :1，用固相反应法制成￥1^&(：11〇5前驱粉；再取15.6734g 丫1328&(：11〇5前驱粉与34. 4977gBa0、29. 8289gCuO初始粉混合均匀，即Yb#&(：11〇5前驱粉与 BaO、CuO初始粉的摩尔比为1 :9 :15,作为液相源粉； (3) 压制前驱块： 取5g固相粉放入圆柱型模具1 (直径16mm)中，压制成固相块；取15g液相源粉放入圆 柱型模具2 (直径26_)中，压制成液相源块；即所用固相粉与液相源粉的质量比为1 :3,圆 柱型模具2的直径为比圆柱型模具1大10mm;再取3g￥1328&(：11〇5前驱粉放入圆柱型模具2 (直径26mm)中，压制成厚约2mm的薄片，作为支撑块； (4) 装配前驱块： 如图1所示，在图1中，将液相源块1、固相块2自下而上依次同轴放置在支撑块3的正 上方，再将一块钕钡铜氧籽晶4置于固相块2的上表面中心位置，完成前驱块的装配； (5) 熔渗生长纳米复合钇钡铜氧单畴块材： 将装配好的前驱块放在A1203垫片上，中间隔以5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入 井式炉中，以每小时300°C的升温速率升温至850°C，保温10小时；再以每小时60°C的升温 速率升温至1035°C，保温1小时；然后以每小时60°C的降温速率降温至1005°C，再以每小 时0. 33°C的降温速率慢冷至975°C，随炉自然冷却至室温，得到直径16mm的纳米复合钇钡 铜氧单畴块材； (6) 渗氧处理： 将纳米复合钇钡铜氧单畴块材放入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，450~400°C的 温区中慢冷200小时，得到纳米复合钇钡铜氧超导块材。
[0012] 所制备的纳米复合钇钡铜氧超导块材，用照相机拍摄表面形貌，照片如图2所示。 由图可见，样品表面四径清楚，且无自发成核现象，说明样品成功生长为单晶畴的超导块 材。
[0013] 应用三维磁场与磁力测试装置对制备的纳米复合钇钡铜氧超导块材进行磁悬浮 力性能测试，结果如图3所示