[发明专利]一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料领域，更具体地，涉及一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法。

背景技术

自REBa₂Cu₃O_x（简称REBCO、RE123、稀土钡铜氧，RE=Y、Gd、Sm、Nd等）超导体被发现以来，就引起了人们的广泛关注。由于其具有完全抗磁性、高临界电流密度和高冻结磁场等特性，REBCO超导体在诸如磁悬浮力、磁性轴承、飞轮储能和永磁体等方面有许多潜在的应用。

对于进一步的科研工作,生长大尺寸、高元素掺杂量的单晶体具有很重要的意义。而传统制备REBCO单晶体的方法是利用顶部籽晶提拉法，这种方法由于对于坩埚的依赖性从而具有很大的局限性，例如生长大尺寸困难，难以进行元素掺杂等。目前，顶部籽晶熔融织构法（MT）可有效制备大尺寸的REBCO超导块材（通过掺杂一定量的RE211相），以其容易制备、可实现高掺杂并且生长可靠等特点，成为一种极具潜力的REBCO高温超导材料制备方法。

在MT中，薄膜籽晶的热稳定性最高（Tmax高达1120℃）。因此成为应用最广泛的籽晶材料。制备过程中NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶被放置在REBCO前驱体的上表面中心，作为形核点诱导REBCO前驱体按照籽晶取向定向凝固生长，最终形成单一c轴取向的单畴超导体。但是，由于单晶制备中前驱体材料中不加入RE211相，溶化后生成的溶液中稀土元素的饱和度低，容易发生薄膜籽晶的熔解和扩散，使得薄膜籽晶很容易熔化在前驱体中从而失去籽晶的作用，形成多晶诱导生长。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用顶部籽晶熔融织构法REBCO高温超导准单晶体的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种REBCO高温超导准单晶体的方法，在空气中熔融织构法制备生长无RE211掺杂的REBCO高温超导准单晶体，满足科研和实际工业化生产的需求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种生长REBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序：a）制备RE123相的粉末和RE211相的粉末；b）制备前驱体；c）将籽晶放置在前驱体的上表面；d）将前驱体和籽晶置于生长炉中进行熔融织构生长高温超导块体；其中，工序b）中的前驱体包括第一前驱体和第二前驱体，第一前驱体为工序a）获得的RE123相的粉末按RE123+（0.3～1.5）wt%CeO₂的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体；工序c）中，籽晶放置在第二前驱体的上表面，第二前驱体放置在第一前驱体的上表面。

进一步地，工序a）包括：第一步骤，按照RE:Ba:Cu=1:2:3的比例将RE₂O₃、BaCO₃和CuO粉末混合，得到RE123相的前驱粉末；按照RE:Ba:Cu=2:1:1的比例将RE₂O₃、BaCO₃和CuO粉末混合，得到RE211相的前驱粉末。第二步骤，分别将RE123相和RE211相的前驱粉末研磨后，在空气中900℃烧结48小时并重复3次此研磨、烧结过程。

进一步地，第二前驱体为工序a）获得的RE123相的粉末和RE211相的粉末按LRE123+（10～30）mol%LRE211+（0.3～1.5）wt%CeO₂的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。

进一步地，第一前驱体的直径为15～30mm；第二前驱体的直径为5mm。

进一步地，工序d）的熔融织构生长包括以下步骤：使生长炉内的温度在第一时间内升至第一温度；保温2～5小时；使生长炉内的温度在第二时间内降至第二温度；使生长炉内的温度在第三时间内降至第三温度；使生长炉内的温度在第四时间内降至第四温度；最后淬火，获得REBCO高温超导准单晶体。

进一步地，第一时间为3～10小时，第一温度高于REBCO高温超导准单晶体的包晶反应温度30～80℃；第二时间为15～30分钟，第二温度为包晶反应温度；第三时间为10～20小时，第三温度为低于包晶反应温度5～10℃；第四时间为20～30小时，第四温度为低于包晶反应温度5～10℃。

进一步地，淬火为：将REBCO高温超导准单晶体随炉冷却。

进一步地，工序c）的籽晶是NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。