[发明专利]用掺杂低温燃烧合成法制备的Gd211相提高GdBaCuO高温超导体性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用掺杂纳米级Gd211颗粒提高熔融织构GdBaCuO高温超导体性能的一种方法。

背景材料

自从1986年发现高温超导电性以来，在世界范围内掀起了高温超导研究热潮。到目前为止，对高温超导的材料领域和强电弱电应用领域都进行了广泛细致的研究。对于高温超导块材来说，有两个基本的特性即超导磁悬浮力和俘获磁场，块材的磁浮特性可以用于制作超导无接触输运系统，磁浮轴承，飞轮储能系统等，基于高俘获磁通的特性，可以制作高温超导磁体，超导电机等。因此，制备高性能的超导材料是关键。利用熔融织构生长技术可以制备大尺寸高性能的超导块材，但是要想获得能实用的超导材料，必须进一步提高高温超导块材的临界电流密度和单畴尺寸以及块材的机械强度。为此，采用元素掺杂、细化RE211(或RE422)相与辐照等手段来提高样品的临界电流密度。

与YBCO超导块材相比，轻稀土氧化物超导体(LREBaCuO)具有较高的临界电流密度和磁场特性，能满足实用化的要求。然而，轻稀土元素对钡位的替代导致产生非超导的RE_1+xBa_2-xCu₃O_y固溶体，严重影响块材的超导性能。通常通过在低氧压下进行熔融织构生长来抑制此类固溶体的产生。由于低氧压气氛生长需要特殊的气氛炉，大大提高了超导块材的制备成本，不利于大规模的生产。因此，在空气中生长具有优良性能的轻稀土钡铜氧超导块材就显得格外重要。钆(Gd)作为一种轻稀土元素，它对钡位的替代相对其他几种轻稀土元素(Sm，Eu，Nd)要少得多，因此研究在空气中生长高性能的GdBaCuO超导块材成为了可能。有人在初始配料中掺入了过量的Ba及其氧化物来抑制Gd对Ba的替代，同时引入高温氩气氛后处理的工艺。本发明不涉及掺杂过量Ba以及氩气后处理工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种用掺杂低温燃烧合成法制备的Gd211相提高GdBaCuO高温超导体性能的方法，通过掺杂纳米级Gd211颗粒提高熔融织构GdBaCuO高温超导体的性能。

为了实现上述目的，本发明采取下述技术方案。

一种用掺杂Gd211相提高GdBaCuO高温超导体性能的方法，该方法包括以下步骤：

第一步，把Gd₂O₃，Ba(NO₃)₂与CuO以Gd∶Ba∶Cu＝2∶1∶1的摩尔比称量，Gd₂O₃与CuO分别用浓硝酸溶解，Ba(NO₃)₂用去离子水溶解，溶解完毕后将三种溶液混合；

第二步，选用柠檬酸(CA)作为主络合剂，乙二胺四乙酸(EDTA)作为辅助络合剂，取上述混合溶液中的金属离子总摩尔数与柠檬酸和EDTA的摩尔比为1∶1∶0.5，得到混合溶液，并向混合溶液中加入NH₄NO₃，使硝酸根与CA和EDTA的摩尔比为6∶2∶1，接着搅拌；

第三步，用浓氨水调节混合溶液的pH＝8.0-8.1，再用水浴加热至60℃-90℃，恒温蒸发至胶状，然后在90℃-120℃脱水得到干凝胶；

第四步，将干凝胶置于马弗炉中在600-920℃焙烧2小时，得到Gd211粉体；

第五步，将Gd211粉体以相对于Gd123粉体的30mol％～50mol％的摩尔比加入到固相法合成的Gd123粉体中，再掺入相对于Gd123与Gd211混合粉体的0.2wt％-0.5wt％的Pt，然后经高速振摆球磨混合均匀后，用单轴模压成型，再采用顶部籽晶结合熔融织构生长工艺(TSMTG)制备单畴GdBaCuO超导块。

本发明所述的纳米级的Gd211粉体，其中所述的纳米级是Gd211粉体的平均粒度为30纳米-500纳米。在实施例中所述的粒度为50纳米，100纳米，200纳米和500纳米，都是由比表面积计算出的等效粒径，相当于平均粒度。

本发明是利用熔胶凝胶法制备的Gd211相与固相法制备的Gd123相作为原料，在空气中制备熔融织构单畴大尺寸高性能的GdBaCuO超导块材。

在第一步中，所使用的浓硝酸的浓度是65wt％～68wt％。

本发明所采用的球磨混合、单轴模压成型、顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)均为公知工艺。