[发明专利]大直径准单畴钇钡铜氧超导块材制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导陶瓷材料制备方法，特别是涉及一种顶部籽晶熔融织构法生长的大直径准单畴钇钡铜氧(YBCO)块材制备方法。

背景技术

近年来，随着熔融织构烧结技术在高温超导材料制备方面的成功应用，高温超导烧结材料内部的晶界弱连接现象得到了根本性的改善，材料的超导性能得到显著提高，尤其是该类材料的磁悬浮力性能得到了大幅度提高。由于熔融织构高温超导材料具有独特的自稳定磁悬浮特性和强磁通俘获特性，在被动性磁悬浮轴承装置方面具有非常诱人的应用前景。

熔融织构钇钡铜氧(YBCO)准单畴超导材料是一种多元氧化物陶瓷材料，其主要成分由钇钡铜氧123相(化学式：YBa2Cu3O6.5，通常简写为“Y123”相)和钇钡铜氧211相(化学式：Y2BaCuO5，通常简写为“Y211”相)组成，其中两种成分的比例一般为Y123∶Y211＝1∶0.4。由于Y211相粒子在高温烧结过程中容易发生自团聚现象，从而导致材料性能的下降，故而在Y123/Y211的混合胚体内还需添加一定量的化学分散剂，以起到阻止高温下Y211相粒子发生自团聚现象。目前通常采用化学试剂氧化铂(PtO2)作为分散剂。由于钇钡铜氧(YBCO)准单畴超导材料属于多元化合物，结晶动力学过程比较复杂，目前还不十分清楚该类材料的成材机制，材料性能的优劣完全凭经验对烧结工艺过程进行控制。就目前情况来看，各制备单位所采用的烧结工艺过程不完全相同，烧结出的材料性能、成品率也有相当大的差异。

目前，制备直径为30mm钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材的织构生长时间一般为100小时左右，成型高品质材料的磁悬浮力密度平均值一般为10-12牛顿/cm²(测试条件：温度77K，磁场0.5T)。由于高温超导材料的磁悬浮力性能与材料的面积尺寸成正比关系，因此开发大直径、高磁悬浮力钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材则是超导材料科学急需解决的一个课题。目前遇到的问题是：目前的制备工艺对于制备50mm以上大直径钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材所需要的生长时间过长(约150小时以上)，即使添加适量的化学分散剂也不能完全消除烧结过程中出现的Y211相粒子的团聚现象和非籽晶自发成核现象，从而影响到材料的正常织构生长，这一点或许也是大直径(＞50mm)钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材的生长工艺至今没有得到解决的关键所在。另一方面，目前解决高温下Y211相粒子发生团聚现象的手段是通过添加适量的化学粉末试剂氧化铂(PtO2)作为分散剂，它是一种价格昂贵的化学试剂(国产化学纯PtO2价格为304元/克)，使得制备成本高居不下。再则，在准单畴高温超导材料制备过程中，当烧结温度高于1015oC时，Y123/Y211胚体中的Y123相会发生溶解，生成由钡铜氧(BaCuO2)和氧化铜(CuO)组成的液相物质，这种液相物质很容易与炉膛碳化硅(SiC)底板发生反应而导致大量液相的流失，从而使得烧结胚体内的化学组分遭到严重失衡。因此，如何有效地控制高温烧结过程中的液相流失也是涉及到能否制备出性能优良的准单畴钇钡铜氧(YBCO)超导材料的关键技术之一，也是目前这类材料制备工艺技术中急待解决的问题。因此，探索更加优化的制备工艺，进而提高该类材料的生长速率、缩短高温烧结时间、进一步降低制备成本就成为准单畴高温超导材料科学领域目前研究的一个主要任务。

发明内容

本发明的目在在于提供了一种大直径准单畴钇钡铜氧(YBCO)块材制备方法，能有效地解决了大直径材料烧制过程中容易发生的非籽晶成核现象，缩短烧结时间，成本下降，材料的磁悬浮了性能可达到13.5牛顿/cm²。