一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法，由配制固相粉、配制液相源粉、压制前驱块、装配前驱块、熔渗生长纳米复合钇钡铜氧单畴块材、渗氧处理步骤组成。通过使用Y2O3纳米粉与BaCuO2前驱粉、CeO2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Y2BaCuO5粒子，获得了更高的超导性能。采用了Yb2O3与BaO、CuO初始粉的混合物充当液相源粉，使得整个熔渗生长过程仅需BaCuO2一种前驱粉，其工艺简单、效率高。本发明专利技术也可用于制备Nd、Sm、Gd等其他系列的纳米复合超导块材。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法
本专利技术属于高温铜氧化物超导材料
，具体涉及到一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法。
技术介绍
利用顶部籽晶技术引导生长的单畴RE-Ba-Cu-O（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。通过掺杂RE2BaCuO5前驱粉在REBa2Cu3O7−δ超导基体中引入弥散分布的细小RE2BaCuO5粒子可以显著提高REBCO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（Vf211为RE2BaCuO5粒子在REBa2Cu3O7−δ超导基体中占的体积分数，d211为RE2BaCuO5粒子的平均粒径）。因此，若要获得更高的Jc，必须进一步降低RE2BaCuO5粒子的尺寸，并使其均匀分布。为此人们曾尝试将纳米级的RE2BaCuO5前驱粉掺杂到REBCO超导块材中，然而由于REBa2Cu3O7−δ晶体的生长固化过程非常缓慢，RE2BaCuO5粒子在富含RE3+的Ba-Cu-O液相中会经历严重的Ostwald粗化长大过程，最终样品内捕获的RE2BaCuO5粒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。
技术实现思路
本专利技术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、纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法。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BaCuO2前驱粉；再将平均粒径50nm的Y2O3纳米粉与BaCuO2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CeO2初始粉，混合均匀，作为固相粉；上述配比中的CeO2初始粉直接添加到固相粉中，在熔渗生长过程中起到抑制Y2BaCuO5纳米粒子粗化长大、细化Y2BaCuO5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Yb2O3与BaO、CuO初始粉按摩尔比为1：10：16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10mm；再取Yb2O3初始粉放入圆柱型模具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Al2O3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℃的升温速率升温至800～900℃，保温5～15小时；再以每小时60℃的升温速率升温至1030～1040℃，保温0.5～1.5小时；然后以每小时60℃的降温速率降温至1000～1010℃，再以每小时0.2～0.5℃的降温速率慢冷至970～980℃，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℃的温区中慢冷200小时，得到纳米复合钇钡铜氧超导块材。在本专利技术的配制固相粉步骤（1）中，将平均粒径50nm的Y2O3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CeO2初始粉；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℃的升温速率升温至850℃，保温10小时；再以每小时60℃的升温速率升温至1035℃，保温1小时；然后以每小时60℃的降温速率降温至1005℃，再以每小时0.33℃的降温速率慢冷至975℃，随炉自然冷却至室温，得到纳米复合钇钡铜氧单畴块材。本专利技术采用顶部籽晶熔渗生长（TSIG）方法，通过使用Y2O3纳米粉与BaCuO2前驱粉、CeO2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Y2BaCuO5粒子，获得了更高的超导性能。采用了Yb2O3与BaO、CuO初始粉的混合物充当液相源粉，使得整个熔渗生长过程仅需BaCuO2一种前驱粉，其工艺简单、效率高。本专利技术也可用于制备Nd、Sm、Gd等其他系列的纳米复合超导块材。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。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于这些实施例。其中所用到的纳米Y2O3（平均粒径50nm）、Yb2O3、CeO2、BaO和CuO化学原料均有市售。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BaCuO2前驱粉；再取39.3842gY2O3纳米粉（平均粒径50nm）与40.6158gBaCuO2前驱粉混合，同时添加0.8gCeO2初始粉，即Y2O3纳米粉与BaCuO2前驱粉的摩尔比为1：1，同时添加1%（w/w）的CeO2初始粉，混合均匀，作为固相粉；（2）配制液相源粉：取9.8517gYb2O3与38.3308gBaO、31.8175gCuO初始粉混合均匀，即Yb2O3与BaO、CuO初始粉的摩尔比为1：10：16，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26mm）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3gYb2O3初始粉放入圆柱型模具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Al2O3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℃的升温速率升温至850℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：（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BaCuO2前驱粉；再将平均粒径50nm的Y2O3纳米粉与BaCuO2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CeO2初始粉，混合均匀，作为固相粉；（2）配制液相源粉：将Yb2O3与BaO、CuO初始粉按摩尔比为1：10：16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10mm；再取Yb2O3初始粉放入圆柱型模具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Al2O3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℃的升温速率升温至800～900℃，保温5～15小时；再以每小时60℃的升温速率升温至1030～1040℃，保温0.5～1.5小时；然后以每小时60℃的降温速率降温至1000～1010℃，再以每小时0.2～0.5℃的降温速率慢冷至970～980℃，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℃的温区中慢冷200小时，得到纳米复合钇钡铜氧超导块材。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：（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BaCuO2前驱粉；再将平均粒径50nm的Y2O3纳米粉与BaCuO2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CeO2初始粉，混合均匀，作为固相粉；（2）配制液相源粉：将Yb2O3与BaO、CuO初始粉按摩尔比为1：10：16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10mm；再取Yb2O3初始粉放入圆柱型模具2中，压制成厚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Al2O3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℃的升温速率升温至800～900℃，保温5～15小时；再以每小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国政，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津;12