BG60550B1 - Метод за производство на керамични тела и по-специално свръхпроводими тела - Google Patents

Abstract

По метода се получава комплексен продукт от окислителната реакция на два или повече метала в окислено състояние чрез поставяне на подходящ основен метал в контакт с проницаема маса на металсъдържащо съединение в окислителна атмосфера. Подготвената комплектовка се нагрява до стапяне на основния метал и инфилтриране на проницаемата маса. Следва реакция с окислителя до образуване на комплексен продукт от окислителната реакция.

Description

(54) МЕТОД ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА КЕРАМИЧНИ ТЕЛА, ПО-СПЕЦИАЛНО НА СВРЪХПРОВОДИМИ ТЕЛА

Изобретението се отнася до метод за производство на керамични тела, по-специално на свръхпроводими тела, които ще намерят приложение в промишлеността.

Известни са керамични изделия, които се получават чрез окисляване на изходния стопен метал или суровинния метал, при което се образува продукт на окислителната реакция. По-специално изходният метал се загрява при повишена температура над неговата точка на топене, но под точката на топене на окислителния реакционен продукт, с цел да се образува стопен изходен метал, който се окислява с газообразен окислител до образуване на продукт от окислителната реакция. Окислителният реакционен продукт или поне част от него, която е в контакт с окислителя и се простира между системата от стопен изходен метал и окислителя, се поддържа при повишена температура, като стопеният метал преминава през поликристалния продукт към окислителя и транспортираният стопен метал образува окислителен реакционен продукт при контакт с окислителя. С продължаване на процеса през поликристалинния окислителен реакционен продукт се пренася допълнителен метал и керамичната структура продължава да нараства. Обикновено полученото керамично тяло съдържа примеси от неокислени компоненти на изходния материал, който преминава през поликристалинния материал и се втвърдява в него, когато керамичното тяло се охлади след прекратяване на процеса на израстване. Образуващите се нови керамични материали съгласно този метод се получават чрез окислителна реакция между изходния метал и газообразния окислител, т.е. изпарен или газообразен при нормални условия материал, който осигурява окислителна атмосфера. Когато продуктът е окис, подходящи окислители са кислород или съдържащи кислород газообразни смеси /включително въздух/, като с оглед на икономия се предпочита въздух като окислител. Тук понятието окисление се използва в широк смисъл и то се отнася до загуба или отделяне на електрони от метала към окислителя, който може да бъде един или повече елементи и/или съединения. Следователно като окислител могат да служат други елементи освен кислород, като например азот /1/.

Известен е метод за получаване на композиционни керамични тела, съгласно който керамичният състав се образува чрез поставяне на порьозен материал от инертен или нереактивоспособен пълнител в близост или в контакт с изходния метал, така че нарастващият реакционен продукт да прониква и обгръща поне част от пълнителя. Металът се загрява, както е описано по-горе, и окислителната реакция между изходния метал и газообразния окислител продължава за период от време, което е достатъчно продължително, така че окислителният реакционен продукт да нарастне или проникне в поне част от пълнителя. Така се получава композиционно тяло, което има керамична матрица от окислителен реакционен продукт, който включва пълнителя, като същата матрица съдържа евентуално един или повече метални компоненти /2/.

Известни са методи, при които пълнителят се приготовлява във вид на заготовка за пресуване с форма, която съответства на желаната геометрия на крайния съставен продукт. Заготовката за пресуване може да се приготви чрез някой от многобройните конвенционални методи за формуване на керамични тела в зависимост до голяма степен от особеностите на пълнителя. Тези методи са например пресуване в една ос, изостатично пресуване, леене на шликер, утаечно леене, леене на лента, леене под налягане и други. Първоначалното свързване на частиците преди проникването може да се осъществи чрез частично спичане или с помощта на различни органични или неорганични свързващи материали, които не пречат на процеса или не внасят нежелателни странични продукти в окончателно обработения материал. Заготовката за пресуване се изработва така, че да има достатъчна устойчивост на формата и якост преди изпичане и да бъде проницаема за растежа на окислителния реакционен продукт. За тази цел заготовката за пресуване трябва да има порьозност от 5 до 90 % обемни и предимно от 25 до 75 % обемни. Може да се използва също така смес от пълнители с различен състав и различен гранулометричен спектър. След това заготовката за пресуване се довежда в допир със стопения изходен метал върху една или повече от неговите повърхнини за период от време, който е достатъчен за приключване на растежа и проникване на заготовката за пресуване до неговите гранични повърхности /3/.

Известен е метод, при който заедно с пълнителя или брикетът могат да се използват прегради, за да се предотврати растежът или разпространението на окислителния реакционен продукт извън преградата. Подходяща преграда може да се приготви от всякакъв материал, съединение, елемент, състав и други подобни, които при условията на процеса съгласно изобретението запазват своята цялост, не са летливи и за предпочитане са проницаеми за окислителя в парообразна фаза, но са в състояние да предотвратят локално непрекъснатия растеж на окислителния реакционен продукт, да спрат, да потиснат този растеж или да упражнят взаимодействие с него. Подходящи прегради, които могат да се използват при алуминиев изходен метал и кислород като окислител, са калциев сулфат /гипс или гипс за моделиране/, калциев силикат и портланд-цимент или техни смеси, които се използват обикновено във вид на суспензия или паста и се нанасят върху повърхността на пълнителя. Преградите могат да включват също така подходящи горливи или летливи материали, които се премахват самоволно при загряване, или материали, които се разпадат при загряване, с цел да се увеличи порьозността и проницаемостта на преградите. Освен това преградите могат да включват подходящи огнеупорни зърнести материали с цел да се ограничи възможното свиване или разтрошаване, което може да се яви по време на процеса. Подобни зърнести материали имат по същество същия коефициент на разширение както този на пълнителя или брикета. Така например, ако брикетът съдържа двуалуминиев триокис и получаващият се керамичен материал съдържа двуалуминиев триокис, преградата може да се смеси с двуалуминиев триокис, който има големина на частиците в интервал от 2,0 до 0,01 mm или дори по-малко. Други подходящи прегради включват огнеупорни керамични материали или метални обвивки, които са отворени поне откъм единия край, благодарение на което се позволява на окислителя в парообразна фаза да проникне през масата и да влезе в допир със стопения изходен материал. В резултат на използването на брикет и по-специално в комбинация с прегради се постига окончателната форма, чрез което се намалява или изключва необходимостта от скъпа окончателна механична обработка, шлифоване или други операции /4/.

Известни са методи за производство на съдържащи кухини керамични тела с размери и дебелина, които не могат или могат да се постигнат трудно при досегашната технология. Оформен модел от изходен материал се поставя в съответен пълнител и пълнителят се инфилтрира с керамична матрица, получена чрез окисление на изходния метал, за да се образува поликристалинен окислителен реакционен продукт от споменатия изходен метал с окислител и евентуално един или повече метални компоненти. Изходният метал се формува така, че да се получи модел и тогава се поставя или обгръща с пълнител, който възпроизвежда негативно геометрията на формувания изходен метал. При този метод съществуват следните условия: 1 / пълнителят е проницаем за окислителя, когато това е необходимо, като например в случай, че окислителят е газообразен, или когато пълнителят е проницаем с цел да се осигури проникването от образуващия се окислителен реакционен продукт;

2/ пълнителят има достатъчна съвместна пластична деформируемост в широк интервал за температура на загряване, за да компенсира разликата в температурното разширение между пълнителя и изходния метал и изменение на обема на метала в точката на топене и

3/ при необходимост в поне една от опорните зони около модела пълнителят има свойството да се самосвързва, чрез което той придобива достатъчна сила на сцепление, за да запази отрицателно възпроизведената геометрия след миграция на изходния метал. Обгърнатият или поместен профилиран изходен материал /метал/ се загрява до температура над точката на топене на метала, но под точката на топене на окислителния реакционен продукт, за да се образува стопен изходен метал. Стопеният изходен метал взаимодейства в този температурен интервал с окислителя, при което се образува окислителен реакционен продукт. Най-малко част от окисления реакционен продукт се поддържа в този температурен интервал и в контакт с тялото на стопения метал и окислителя, чрез което стопения метал се изтегля все повече от тялото на стопения метал през окислителния реакционен продукт, като същевременно образува кухина, когато продължава да се образува окислителен реакционен продукт в матрицата от пълнител по разделителната повърхност между окислителя и образувания преди това окислителен реакционен продукт. Тази реакция продължава в посочения температурен интервал за време, което е достатъчно за обгръщане на пълнителя с окислителен реакционен продукт чрез растеж на последния, при което се образува съставно тяло, в което има горепосочената кухина. Накрая получаващото се цялостно съставно тяло се отделя от излишния пълнител, ако има такъв /5/.

Задача на изобретението е да се създаде метод за производство на керамични тела, поспециално на свръхпроводими тела, при който качеството на крайния продукт да е по-високо по отношение на електричните, термичните и структурните му свойства, както и да бъде поевтин.

Задачата се решава с метод за производство на керамични тела, по-специално на свръхпроводими тела, които съдържат система от метали в окислен вид, съгласно който източник на основен метал, съдържащ най-малко един от тези метали се поставя и ориентира спрямо проницаема маса, която съдържа съединения на останалите метали, включени в системата от метали в окислен вид по такъв начин, че продуктът на окислителната реакция да се инфилтрира в проницаемата маса, стопяване на източника на основен метал в присъствие на газообразен окислител, взаимодействие между стопения основен метал и окислителя за образуване на продукта на окислителната реакция чрез загряване до температурата над точката на топене на основния метал, при което стопеният основен метал инфилтрира проницаемата маса в посока през продукта на окислителната реакция към окислителя и съседната проницаема маса така, че в проницаемата маса продължава да се образува продуктът на окислителната реакция, без да става редукция на метала, който се съдържа в проницаемата маса, след което полученото керамично тяло се отделя.

Проницаемата маса може да представлява слитък, прахообразен материал или други частици, като прахообразните материали са с големина на частиците от 0,15 mm до 0,01 mm, за предпочитане 0,074 mm, тъй като фините частици улесняват реакцията.

Проницаемата маса може да съдържа несвързана или свързана система или подредена система от материали, която система има пукнатини, отвори, прекъснати пространства и други подобни, за да се постигне проницаемост за газообразния окислител и израстване на композиционния продукт на окислителната реакция. Освен това проницаемата маса може да бъде хомогенна или хетерогенна.

При получаването на керамично тяло, представляващо система от окиси, окислителят е кислород-съдържащ газ.

Системата от окиси може да представлява перовскит или модифициран перовскит.

Когато източникът на основен метал е мед или алуминий, проницаемата маса може да съдържа окис на металите лантан, итрий, барий и техни смеси.

Окисите, които се използват, се подбират в зависимост от изходния метален източник. Това са окисите на редкоземните елементи: лантанов окис, итриев окис и техни смеси. В някои случаи в системата може да се внесе един или повече допълнителни окиси на реактивни метали. Такива допълнителни окиси на реактивни метали са предимно окиси на алкалоземните метали и най-вече бариевия окис с големина на частиците 0,074 mm или по-малко. Окисът на редкоземните елементи и допълнителният метален окис могат да имат еднакви или различни големини на частиците.

Ако проницаемата маса съдържа наймалко един окис на реактивен метал и наймалко един окис на редкоземен елемент, то в керамичното тяло се включват окисите на метала от източника на основен метал, реактивния метал и редкоземния елемент.

Когато окисът на редкоземния елемент е итриев окис, окисът на реактивния метал е окис на бария, керамичното тяло включва система от окиси на метала от източника на основен метал, итрия и бария.

Проницаемата маса може да включва съединение на неметален елемент и инертен пълнител, а източникът на основен метал-благороден метал.

Неметалният елемент е флуор, а благородният метал се избира от групата, включваща сребро и злато.

Окисът на редкоземния елемент може да бъде лантанов окис, а окисът на метал-бариев окис. Тогава керамичното тяло включва система от окиси на метала от източника на основен метал, лантана и бария.

Проницаемата маса може да съдържа окис на най-малко един редкоземен елемент.

Проницаемата маса може да се състои от заготовка, която е оформена предварително с желаните размери и форма чрез стандартни методи, като например шликерно леене, леене под налягане, шприцоване и други чрез обработка на съдържащ метал състав от типа, който е описан подробно в описанието. Заготовката е проницаема за растежа на продукта на окислителната реакция, който се получава при окисляване на изходния метален източник и газообразния окислител. Заготовката има очертани граници и трябва да запази своята цялост и якост преди изпичане, така че да се осигури точност на възпроизведената форма, независимо от това, че е достатъчно проницаема за израстване на продукта от окислителната реакция. По желание към проницаемата маса може да се постави инертен пълнител за усилване, който може да бъде или да не бъде формуван и може да се добави във всякакво съотношение, ако инертният пълнител не пречи и не нарушава процеса на проникване. Подходящи инертни пълнители са например двуалуминиев триокис и силициев карбид във вид на зрънца, влакна или нишкообразни кристали с висока якост. Получаващият се реакционен продукт прониква и обгръща инертния пълнител и последният може да се избере така, че да окаже влияние върху качествата на крайния продукт.

Съдържащият метал състав, от който се изработва заготовката, може да бъде прахообразен или зърнест, като частиците могат да се свържат взаимно чрез свързващо вещество, като например поливинил-алкохол или други подобни, които не пречат на реакцията съгласно изобретението или не оставят нежелателни странични продукти в продукта от окислителната реакция. Подходящи са зърнести материали с едрина на частиците от около 2,0 mm до 0,01 mm или по-малко, но могат да се използват смеси от частици с различни размери. Зърнестите материали могат да бъдат отлети по стандартни начини, например чрез приготвяне на суспензия от такъв материал и органично свързващо вещество, изливане на суспензията във форма и следващо сушене при повишена температура. Когато заготовката с предварително определена форма има най-малко една гранична повърхност, очертана от газопроницаема преграда, позволяваща да се извърши взаимодействието и инфилтрирането до проницаемата преграда, полученото керамично тяло е с конфигурация, съответстваща на заготовката.

С преграда може да се очертае граничната повърхност на проницаемата маса, при което взаимодействие и инфилтрирането продължават до тази преграда.

Когато източникът на основен метал се оформя като матрица, а проницаемата маса се разположи така, че да приляга към матрицата, в резултат на инфилтрирането и взаимодействието матрицата се възпроизвежда съответно от керамичното тяло.

Керамичното тяло съдържа перовскит или модифициран перовскит, когато източникът на основен метал е мед.

Продуктът от окислителната реакция, който се получава в резултат на взаимодействието и инфилтрирането, съдържа окиси на метала от източника на основен метал и метала, влизащ в състава на проницаемата маса, като металите са само в окислена форма, т.е. не става редукция на металния компонент в окисния материал от проницаемата маса до елементарна форма. Образуването на перовскит продължава при условие, че съществува достатъчен обмен на въздуха /или съдържащия кислород-газ/ в пещта. Обменът на съдържащия кислород газ или в случая въздух може да се осигури по удобен начин чрез вентилационни канали в пещта.

Растежът на перовскита продължава, докато не се осъществи поне едно от следните условия: 1/ изразходване на всичкия изходен метал; 2/ съдържащата кислород атмосфера е заместена от неокисляваща атмосфера, в която кислородът е изчерпан; 3/ реакционната температура е изменена и се намира в граници извън протичане на реакцията, като например под точката на топене на изходния метал. Обикновено температурата спада при понижаване температурата на пещта и тогава материалът се изважда от пещта.

В някои случаи може полученият продукт на окислителната реакция да се подложи на допълнителна обработка, с цел да се постигне хомогенизиране или друго видоизмене6 ние на продукта, по-специално тогава, когато имаме непълно реагиране на изходния метал или частично образуване на продукт. Това допълнително третиране се извършва по правило при повишена температура в температурния интервал на етапа на инфилтрация, без този температурен интервал да бъде задължителен. Когато като изходен метален източник се използва мед, желателно е да се извърши допълнително третиране при около 475°С, но тази температура може да се колебае в зависимост от другите компоненти в продукта.

Проницаемата маса може да съдържа окис на метал, избран между: лантан, итрий, барий и техни смеси.

Проницаемата маса може да съдържа най-малко един окис на реактивен метал, който включва най-малко един окис на алкалоземен метал и най-малко един окис на редкоземен елемент, а полученото керамично тяло в този случай съдържа окисите на медта, реактивния метал и редкоземния елемент.

Окисът на редкоземния елемент може да бъде итриев окис, окисът на реактивния метал-бариев окис, а керамичното тяло съдържа окисите на медта, итрия и бария.

Проницаемата маса може да бъде оформена като заготовка с предварително определена форма и да съдържа окис на най-малко един редкоземен елемент, тогава след процесите на инфилтриране и взаимодействие полученото керамично тяло възпроизвежда по същество очертанията на заготовката.

Когато източникът на основен метал е източник на мед, проницаемата маса съдържа най-малко един метал в окислена форма, а окислителят е кислородсъдържащ газ, тогава полученото керамично тяло съдържа система от окисите на медта и най-малко единия метал.

Може да се направи широк избор от изходни материали в зависимост от желаните показатели на получаващия се комплексен окислителен реакционен продукт. Така например, комплексен окис на мед и най-малко още един метал в окислено състояние може да се получи чрез използване на източник на мед: като елементарна мед, едновалентен меден окис или техни смеси в качеството на изходен метален източник и подходящ съдържащ метал състав като итриев окис, лантанов окис, бариев окис или техни смеси в качеството на основен слой. По този начин могат да се получат различни форми на перовскит и модифициран перовскит, които са свръхпроводници.

По желание медта може да се сплави с благороден метал, например сребро в количество около 5 до 20 % тегл., който остава изолиран и неокислен в реакционния продукт. Този компонент от благороден метал, който може да бъде и злато, допринася за постигане на определени свойства на крайния продукт. Така например, среброто и златото могат да допринесат за постигане на определени електрически свойства на продукта.

Проницаемата маса може да съдържа съединение на флуора.

Когато методът съгласно изобретението се използва за получаване на система от окиси на олово, титан и цирконий, изходният метален източник може да бъде елементарно олово, а проницаемата маса може да представлява смес от зърнест титанов окис и циркониев окис. Титановият окис и циркониевият окис могат да имат същия или различен размер на частиците, но се предпочитат частици от 0,074 mm и по-малко. Така например, проницаемата маса може да се състои от около 30 до 70 % титанов окис и от около 70 до 30 % циркониев окис /количества в молни проценти/. Реакцията се осъществява в пещ в присъствие на въздух, при температура между около 325 и 800°С или повече.

Когато методът съгласно изобретението се използва за получаване на бариев титанат, изходният метален източник може да бъде елементарен титан, проницаемата маса може да бъде от зърнест бариев окис с едрина на частиците 0,074 mm или по-малко и реакцията може да се осъществи в пещ в присъствие на въздух, при температура между 1700 и 2000°С.

Съдържащото метал съединение или съединения с проницаема маса се поставят в съседство с изходния метален източник по предполагаемата посока на израстване на окислителния реакционен продукт. Комплексният окислителен реакционен продукт, може да расте в слоя чрез взаимодействие на изходния метален източник с останалите компоненти. По този начин за извършване на взаимодействието не е необходимо външно въздействие, което би нарушило разположението на слоя, и не се изискват висока температура, високо налягане и помощни средства, за да се получи комплексният окислителен реакционен продукт.

Използваните термини в описанието имат следните значения.

Изразът “комплексен окислителен реакционен продукт” означава едно или повече съединения, всяко от които съдържа два или повече метала в окислена форма, независимо от кристалинната структура и стехиометричното съотношение или от природата на участващата химическа връзка. Изразът не се ограничава само до окиси като такива.

Терминът “изходен метален източник” обхваща елементарен изходен метал или сплавен изходен метал, който може да се окисли, а така също съдържащи изходен метал съединения, които могат да се окислят допълнително.

Терминът “перовскит” включва модификации на перовскита. Така например, изходният метален източник може да съдържа мед или съдържащо мед съединение, а основният слой може да съдържа окиси на редкоземни елементи, като лантанов окис, итриев окис или техни смеси. В окисния материал на проницателната маса може да се смеси или внесе допълнителен реактивоспособен метален окис, като окис на алкалоземните метали /например бариев окис/. След съпроводеното от реакция проникване на изходния метален източник се образува перовскит с модифицирана или изменена структура, която съдържа окис на изходния метален източник, редкоземен елемент и алкалоземен елемент.

Изразите “редкоземен елемент” или “редкоземен метал” включват итрий, лантан и елементи с пореден номер 58 до 71.

Изразът “съдържащ метален състав”, “окис” и “окисен материал” трябва да означава един или повече материали, ако в текста не е посочено нещо друго.

Изобретението се пояснява от следните фигури:

фигура 1 представлява напречно сечение на тигел, който съдържа материали, подходящи за използване в първото изпълнение на метода съгласно изобретението.

фигура 2 представлява напречно сечение на тигел, който съдържа материали, подходящи за използване във второто изпълнение на метода съгласно изобретението.

фигура 3 представлява напречно сечение на тигел, който съдържа материали, подходящи за използване в третото изпълнение на метода съгласно изобретението.

фигура 4 представлява схематична диаграма на анализиращия уред, използван при определяне на електрическото съпротивление на проби, получени съгласно пример 3.

фигури 5 и 6 представляват графично изображение на електрическото съпротивление на проба, получена съгласно пример 3, в зависимост от температурата.

фигура 7 показва рентгенограма на проба, получена съгласно пример 3.

Позициите от фигури 1, 2 и 3 имат следните значения:

1- източник на основен метал;

2- проницаема маса от зърнесто, съдържащо метал съединение;

3- тигел;

4- източник на основен метал;

5- заготовка, съдържаща съединението на метал;

6- тигел;

7- преграда;

8- инертен зърнест материал;

9- източник на мед;

10- гнездо;

-тигел;

12- преграден слой;

13- инертен зърнест материал.

Изобретението се илюстрира със следните примерни изпълнения.

Пример 1. Претеглена смес от 15 g La/ NO₃/₃.6H₂O и 2,25 g Ba/NO₃/₂ се разтварят във вода. Полученият воден разтвор първо се суши върху нагревателна плоча с магнитна бъркалка с покрити с тефлон пръчки, за да се постигне максимална химическа еднородност. Окончателното сушене се извършва чрез поставяне на сместа в сушилня при 90°С през нощта.

Изсушената смес се поставя в тигел от А1₂О₃ и се изгаря при 900°С за 12 h, така че нитратите да се превърнат в окиси и да се образува прахообразен бариево-лантанов окис с теоретична формула /Ba₀₂La_0g/₂O_2g.

Както се вижда във фиг. 1, в тигела 3 от А1₂О₃ се разполагат два разграничени слоя от материал. Горният слой се състои от 14,7 g медни гранули с диаметър около 1 mm. Медните гранули имат чистота 99,9 %. Горният слой се състои от 2,4 g бариево-лантанов окис в прахообразно състояние, както беше описано по-горе. Прахообразният бариево-лантанов окис има величина на частиците предимно от

0,149 до 0,044 mm.

След това тигелът с медните гранули и бариево-лантановия окис се внася в пещ при стайна температура без движение на атмосферата. Тогава температурата на пещта се повишава със скорост 400°С на h до температура 1100°С, която се поддържа в течение на 6 h. След това температурата на пещта се оставя да спада със скорост 400°С на h до стайна температура.

Тигелът с медни гранули и бариево-лантанов окис тежи 73 g преди загряването и 75 g след това. Това увеличение на теглото възлиза на 11 % от общото тегло на медните гранули и бариево-лантановия окис и се дължи на окисление на медните сачми. Визуалното наблюдение показва, че в гнездото от прахообразен бариево-лантанов окис протича реакция и проникване на продукта.

Пример 2. Претеглена смес от 12,83 g Y₂O₃ и 19,8 g Ba/NO₃/₂ се обработва, както е описано в пример 1, и се получава бариевоитриев окис с теоретична формула V₍₎₆Ba₀₄O₁₃.

В тигел от А1₂О₃ се поставят два разграничени слоя от материал. Долният слой се състои от 0,21 g медни гранули и мед на прах. Медните гранули са същите както в пример 1, а прахообразната мед има частици с големина под 0,149 mm и същата чистота. Горният слой се състои от 1,3 g прахообразен бариево-итриев окис, както е описано по-горе. Прахообразният бариево-итриев окис е с едрина на частиците предимно 0,149 до 0,044 mm.

След това тигелът със слоевете от мед и бариево-итриев окис се изгаря по същия начин както в пример 1. Полученият продукт показва изменение на теглото 0,3 % /което изменение се дължи вероятно на загуба на съдържащата се влага и частици от прахообразния слой/ и вътрешността на тигела под бариево-итриевия окис почернява.

След това се извършва изследване чрез рентгенова спектроскопия чрез система Тракор-Нортерн TN 5500. Това изследване показва, че относителните проценти на итрий, барий и мед в една от фазите на състава са 45:21:34, т.е. в рамките на грешката от измерване при теоретични относителни проценти от 40:27:33 за перовскит, за който се съобщава в литературата, че притежава висока температура на свръхпроводимост. Дифракционният рентгенов анализ чрез дифрактометър Сименс

Д 500 показва наличие на решетка на минерала перовскит.

Пример 3. Претеглена смес от 100 g Ва/ NO₃/₂ и 73,3 g Y/NO₃/₃.6H₂O се разтваря частично в дестилирана вода. Получената водна смес първо се суши върху нагревателната плоча с бъркане, за да се отстрани излишната вода. След около 3 h се получава гъста суспензия. Още в горещо състояние суспензията се излива в осем тигли от алуминиев окис. След това частично напълнените тигли се внасят в сушилня при температура около 125°С за 18 h. Тогава тиглите се изваждат от сушилнята и се поставят в пещ с висока температура без движение на въздуха за окончателно сушене и изгаряне. Температурата на пещта започва от стайна температура и температурата Т на пещта се регулира, както следва:

1. Т нараства със скорост 40°С на h до 150°С.

2. Т се поддържа при 150°С за 2 h.

3. Т нараства със скорост 40°С на h до 400°С.

4. Т се поддържа при 400°С за 1 h.

5. Т нараства със скорост 200°С на h до 1100°С.

6. Т се поддържа при 1100°С за 12 h.

7. Т се понижава със скорост 200°С до стайна температура.

Получаващият се материал се смила в толкова мелница и се получава прахообразен бариево-итриев окис със съотношение на барий към итрий 2:1.

Както е показано на фиг.1, в тигела 3 от А1₂О₃ се внасят два разграничени слоя от материал. Долният слой 1 се състои от 1,37 g прахообразен меден метал с чистота 99,9 %. Горният слой 2 се състои от 3,01 прахообразен бариево-итриев окис, както е описано погоре. Прахообразният бариево-итриев окис има размер на частиците предимно 0,129 mm до 0,044 mm.

След това тигелът с прахообразна мед и бариево-итриев окис се поставя в пещ със стайна температура без движение на въздуха. Тогава температурата на пещта се повишава със скорост 200°С на h до 1100°С, която се поддържа в течение на 6 h и после се понижава със скорост 200°С на h до 925°С, която се поддържа в течение на 48 h. После температурата на пещта се понижава със скорост 50°С на h до стайна температура.

Тигелът с прахообразната мед и прахообразния бариево-итриев окис тежи 11,007 g преди загряването и 11,077 g след това. Това изменение на теглото се дължи на комбинираните ефекти на отделяне на NO₂ и окисление на медта през време на горепосоченото топлинно третиране. Визуалното наблюдение показва, че в слоя от бариево-итриев окис протича реакция и проникване, чрез което се получава слоест оцветен материал.

Намерено е, че съставът съгласно настоящия пример има свойства на свръхпроводник при температури под около 92°К /температура на прехода/. По-специално електрическото съпротивление на проба от състава се измерва чрез описания в /7/ апарат, който се описва тук за справка. Съществените компоненти на заместващата схема 14 на този апарат са показани на фиг.4, на която позиция 15 представлява съставната проба. Заместващата верига 14 включва източник 16 на сравнителен променлив ток, който е свързан в серия със сравнително съпротивление 17 от 121,5 Ω и съставната проба 15. Спадането на волтажа V_ct през съпротивлението 17 се измерва с волтметъра 18, а спадането на волтажа V_np през съставната проба 15 се измерва със синхронизиращия усилвател 19. Обикновено сравнителният променлив ток се избира така, че да има честота около 100 Hz и сила 1 mA.

Съпротивлението R_np на съответната проба 15 е равно на V /I, където I е силата на сравнителния променлив ток. Този ток е равен на V /121,5 и затова R може да се изчисли от V_ct и V_n, както следва:

” У_пр/121,5/

Тази зависимост се използва за определяне съпротивлението на съставната проба 15 като функция на температурата. Резултатите са съпоставени във фиг. 5 и 6, където съпротивлението R /т Ω/ е нанесено в зависимост пр от температурата /в градуси/. Фиг.5 показва свръхпроводниковите качества на съставната проба 15 при температури под около 92°К. Фиг.6 показва бързото нарастване на електрическото съпротивление при преходната температура.

Материалът съгласно пример 3 се изпитва чрез дифракция на рентгеновите лъчи с помощта на дифрактометър Сименс Д 500.

Пробата се сканира в диапазон от 10° до 100° при 20° в интервали от 0,05° и промеждутъци от време 1 s. При анализ на рентгенограмата на пробата, показана на фиг. 7, се установява, че съставът включва най-малко 90 % об.модифициран перовскит, за който е известно, че действа като свръхпроводникова фаза. Разположението на дифракционните пикове показва също така, че съставът има формула YBa₂Cu₃O₇ , в която х е число под около 0,2, което е типично за свръхпроводниковите състави.

Claims (27)

1. Патентни претенции

   1. Метод за производство на керамични тела, по-специално на свръхпроводими тела, който се състои в поставяне и ориентиране един спрямо друг източник на основен метал и проницаема маса, за инфилтриране продукта на окислителната реакция в проницаемата маса, стопяване на източника на основен метал в присъствие на газообразен окислител, взаимодействие между стопения основен метал и окислителя за образуване на продукта на окислителната реакция чрез загряване до температура над точката на топене на основния метал, при което стопеният метал инфилтрира проницаемата маса в посока през продукта на окислителната реакция към окислителя и съседната проницаема маса така, че в проницаемата маса продължава да се образува продуктът на окислителната реакция, след което полученото керамично тяло се отделя, характеризиращ се с това, че полученото керамично тяло съдържа система от метали в окислен вид, източникът на основен метал съдържа най-малко един от тези метали, а проницаемата маса съдържа съединения на останалите метали, включени в системата от метали в окислен вид.
2. 2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че полученото керамично тяло съдържа система от окиси, а газообразният окислител е кислород съдържащ газ.
3. 3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че системата от окиси съдържа перовскит.
4. 4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че системата от окиси съдържа модифициран перовскит.
5. 5. Метод съгласно претенции 2, 3 и 4, характеризиращ се с това, че източникът на основен метал съдържа метал, подбран от групата на медта и алуминия, а проницаемата маса съдържа окис на метал, подбран от групата, състояща се от лантан, итрий, барий и техни смеси.
6. 6. Метод съгласно претенции 1, 2, 3 и 4, характеризиращ се с това, че проницаемата маса съдържа най-малко един окис на реактивен метал и най-малко един окис на редкоземен елемент, а керамичното тяло съдържа окисите на метала от източника на основен метал, реактивен метал и редкоземния елемент.
7. 7. Метод съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че окисът на редкоземния елемент е итриев окис, окисът на реактивния метал е окис на бария, а керамичното тяло представлява система от окиси на метала от източника на основен метал, итрия и бария.
8. 8. Метод съгласно претенции 1, 2, 3 и 4, характеризиращ се с това, че проницаемата маса включва съединение на неметален елемент и инертен пълнител, а източникът на основен метал съдържа благороден метал.
9. 9. Метод съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че неметалният елемент е флуор, а благородният метал се избира от групата, състояща се от сребро и злато.
10. 10. Метод съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че окисът на редкоземния елемент е лантанов окис, окисът на реактивния метал е бариев окис, а керамичното тяло представлява система от окиси на метала от източника на основен метал, лантана и бария.
11. 11. Метод съгласно претенции 2, 3 и 4, характеризиращ се с това, че проницаемата маса съдържа окис на най-малко един редкоземен елемент.
12. 12. Метод съгласно претенции 1, 2, 3 и 4, характеризиращ се с това, че проницаемата маса представлява заготовка с предварително определена форма с най-малко една гранична повърхност, очертана от газопроницаема преграда и позволяваща споменатите взаимодействие и инфилтриране до проницаемата преграда, чрез което се получава керамично тяло с конфигурация, съответстваща по същество на заготовката.
13. 13. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че с помощта на преграда се очертава граничната повърхност на проницаемата маса, а споменатите взаимодейст вие и инфилтриране продължават до тази преграда.
14. 14. Метод съгласно претенции 1, 2, 3 и 4, характеризиращ се с това, че източникът на основен метал се оформя като модел, а проницаемата маса се разполага така, че да приляга към модела, в резултат на което след инфилтриране и взаимодействие моделът се възпроизвежда негативно от керамично тяло.
15. 15. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че металът от източника на основен метал е мед, а керамичното тяло, съдържащо перовскит, представлява свръхпроводник.
16. 16. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че металът от източника на основен метал е мед, а керамичното тяло, съдържащо модифициран перовскит, представлява свръхпроводник.
17. 17. Метод съгласно претенции 15 и 16, характеризиращ се с това, че проницаемата маса съдържа окис на метал, подбран от групата, състояща се от: лантан, итрий, барий и техни смеси.
18. 18. Метод съгласно претенции 15 и 16, характеризиращ се с това, че проницаемата маса съдържа най-малко един окис на реактивен метал, включващ най-малко един окис на алкалоземен метал и най-малко един окис на редкоземен елемент, а керамичното тяло съдържа окисите на медта, реактивния метал и редкоземния елемент.
19. 19. Метод съгласно претенция 18, характеризиращ се с това, че окисът на редкоземния елемент е итриев окис, окисът на реактивния метал е бариев окис, а керамичното тяло съдържа окисите на медта, итрия и бария.
20. 20. Метод съгласно претенции 15 и 16, характеризиращ се с това, че проницаемата маса съдържа окис на най-малко един редкоземен елемент, като споменатата проницаема маса представлява заготовка с предварително определена форма и след процесите на инфилтриране и взаимодействие се получава керамично тяло, възпроизвеждащо по същество очертанията на заготовката.
21. 21. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че керамичното тяло съдържа система от окисите на медта и най-малко още един метал, източникът на основен метал е източник на мед, а проницаемата маса съдържа най-малко един метал в окислена форма, а окислителят е кислородсъдържащ газ.
22. 22. Метод съгласно претенция 21, характеризиращ се с това, че медният източник се подбира от групата, състояща се от мед, меден окис и тяхна смес, проницаемата маса съдър- 5 жа окиси, подбрани от групата, състояща се от итриев окис, лантанов окис, бариев окис и техни смеси, а керамичното тяло, съдържащо перовскит, представлява свръхпроводник.
23. 23. Метод съгласно претенция 21, харак- 10 теризиращ се с това, че медният източник се подбира от групата, състояща се от мед, меден окис и тяхна смес, проницаемата маса съдържа окиси, подбрани от групата, състояща се от итриев окис, лантанов окис, бариев окис и техни 15 смеси, а керамичното тяло, съдържащо модифициран перовскит, представлява свръхпроводник.
24. 24. Метод съгласно претенции 21, 22 и 23, характеризиращ се с това, че медният из- 20 точник се сплавя с благороден метал, подбран от групата, състояща се от злато и сребро.
25. 25. Метод съгласно претенции 21, 22 и

    23, характеризиращ се с това, че проницаемата маса съдържа съединение на флуора. 25
26. 26. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че източникът на основен метал представлява източник на олово, проницаемата маса съдържа окиси на титан и цирконий, окислителят е кислородсъдържащ газ, а керамичното тяло съдържа система от окиси на олово, титан и цирконий.
27. 27. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че източникът на основен метал представлява източник на титан, проницаемата маса съдържа бариев окис, а окислителят е кислородсъдържащ газ, а керамичното тяло съдържа бариев титанат.