[发明专利]高JcYBco超导体定向生长装置

说明书

本发明涉及高JcYBCO超导体定向生长装置。

高JcYBCO超导体的制造工艺，目前，国内外都是采用H₂-O₂焰工艺、粉末烧结工艺、定向生长工艺。而H₂-O₂焰工艺，熔凝参数无法控制，粉末烧结工艺为典型的“弱连接”样品。高温超导体的应用发展受到普通的粉末烧结材料中的“弱连接”所致的Jc太低的阻碍。美国贝尔实验室的S.Jin发表了熔融结构生长（即定向生长）法，使“弱连接”在很大程度上得到克服，Jc达到10⁴A/厘米²。美国研究的定向生长法。样品长度为3.8毫米，在1T下Jc值不到～4000A/厘米²。对定向生长样品的深入研究，将会对以后的高Tc超导材料的研究工作，具有重要的促进作用，对“弱连接”本质的认识及高Tc超导体的钉扎机制的研究打下了物质基础。目前，这种工艺已成为人们研究高Tc材料的重要方法。但是目前国内外还尚无作工艺条件试验所需的定向生长装置，也未见文献报导。

本发明的目的是提供了实现JcYBCO超导体熔融一定向生长的装置。

一种JcYBCO超导体定向生长装置，包括专用熔融炉、加热温度自动控制部分、提拉装置，其特征在于：专用熔融炉由一端与炉腔管配合的通氧管，外径与上、下炉盖孔洞相配合内径与通氧管相配合的炉腔管、孔洞与炉腔管外径相配合成弧形扣连在一起的上、下炉盖，并列安装于炉体内下部与下炉盖和炉腔管相接触的碳矽棒加热体，在炉腔管内的样品和夹持样品的样品夹组成。

JC值 JC（A/厘米²）

数据    备注

工艺方法    OT    lT

H₂-O₂焰 ～700 熔凝参数无法控制

粉末烧结    ～1000    5    典型的弱连接样品

弱连接在很大

定向生长    ＞11100    ～4000

程度上得到改善

上、下炉盖的厚度δ≤5mm，外表面加工出深2mm、宽2mm的槽，槽间距为6～7mm。

在使用高质量的原始样品及合适的熔融-后处理工艺条件，用本发明的超导体定向生长装置制备出的样品可达数十毫米，在0T和1T下，Jc值分别达到11100A/厘米²以上和～4000A/厘米²。

附图为JcYBCO超导体定向生长装置的专用熔融炉截面图。

本发明高JcYBCO超导体定向生长装置，加热温度自动控制部分和提拉装置可直接外购。

专用熔融炉内通氧管（石英管）（1）、样品（2）、碳矽棒加热体（3）、下炉盖（Al₂O₃）（4）、炉腔管（Al₂O₃）（6）、上炉盖（Al₂O₃）（5）、样品夹（不锈钢）（7）构成。专用熔融炉长为180～210毫米、熔融炉截面高34毫米、宽65毫米。

预成型的YBCO超导体烧结带（或条）样品，采用垂直悬浮放置。在1050～1150℃温度下，样品自下而上缓慢提拉，提拉速度为2～5毫米/小时，熔融过程中用氧气保护。为确保足够的温度梯度，装置中还需采取如下措施：

1.上、下炉盖壁不宜过厚，以δ≤5毫米为好。

2.在上、下炉盖的外表面，加工出深2毫米、宽2毫米的槽，槽间距为6～7毫米。

3.加热体的位置，必须放在紧靠下炉盖和炉腔管处。

4.在上、下炉盖的底部和顶部，靠炉腔管和控制热偶附近各钻4～5毫米的孔2～3个。

本发明专用熔融的功能，温度区间为室温～1300℃，升温到1200℃所需时间≤15分钟，靠近最高温部分的温度梯度≥55℃/厘米，无温度梯度的高温区长度＜2厘米，最高温度区上部与下部的1000℃以上的温区长度之比≥3。