CN101450858A - 一种降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料及其掺杂方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料及其掺杂方法，该掺杂材料的化学式为BaCe1－xGdxO3，0≤x≤0.2。将BaCO3、CeO2和Gd2O3粉按Ba∶Ce∶Gd＝1∶1－x∶x配比，经1400℃～1500℃焙烧5～10小时，反应生成BaCe1－xGdxO3掺杂材料。将BaCe1－xGdxO3按相对于Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的0.25wt％～1.00wt％的比例加入该Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉末中，在BaCe1－xGdxO3中，0≤x≤0.2，球磨混合均匀后，用单轴模压成型，采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺生成单畴结构的YBaCuO超导块。用廉价的BaCe1－xGdxO3替代贵金属Pt掺杂在YBaCuO先驱粉中制备单畴YBaCuO超导块，在不降低材料性能的前提下降低单畴超导块成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低单畴钇钡铜氧(YBaCuO)超导块成本的方法。
背景技术
YBaCuO超导块的成份以YBa2Cu3O7-y超导相(123相)为主，添加一定量的Y2BaCuO5-x非超导相(211相)。添加非超导的211相的主要目的是防止单畴超导块生长过程中液相的流失。YBaCuO超导块通过包晶反应生成c轴择优取向的晶体结构，最终产物中具有大量颗粒状的211相被俘获在层状123相基体中的特征。大量工艺研究的结果证实，细小的211相颗粒弥散分布在123相基体中可以增加超导材料的磁通钉扎能力，从而提高超导材料的性能。通常细化211相颗粒的方法是在YBaCuO的先驱粉末中掺杂0.2wt％～0.5wt％的铂粉(Pt)。由于Pt是价格昂贵的贵金属元素，Pt的掺杂增加了YBaCuO超导块的原材料成本。使用廉价的CeO2替代Pt有细化211相颗粒和提高性能的作用，但总体效果不如Pt。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料，该掺杂材料价格低廉，可以代替贵金属Pt，并不降低低单畴钇钡铜氧(YBaCuO)超导块材料性能。
本发明的另一个目的是提供一种制备降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料的方法。
本发明的再一个目的是提供一种用廉价材料替代贵金属Pt的掺杂，降低单畴钇钡铜氧(YBaCuO)超导块原材料成本的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案
一种降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料，该掺杂材料的化学式为BaCe1-xGdxO3，其中，0≦x≦0.2。
一种制备降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料的方法，将BaCO3、CeO2和Gd2O3粉按Ba：Ce：Gd＝1：1-x：x配比，其中，0≦x≦0.2，充分混合均匀后经1400℃～1500℃焙烧5～10小时，反应生成BaCe1-xGdxO3掺杂材料，其中，0≦x≦0.2。
一种降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料的掺杂方法，将BaCe1-xGdxO3按相对于Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的0.25wt％～1.00wt％的比例加入该Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉末中，在BaCe1-xGdxO3中，0≦x≦0.2，经球磨混合均匀后，用单轴模压成型，再采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)生成单畴结构的YBaCuO超导块。
在BaCe1-xGdxO3中，0≦x≦0.2，且其相对于Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的添加比例范围为0.25wt％～1.00wt％，在上述范围中能够取得好效果，超出此范围会引起性能的下降。
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。
采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)，其中，TSMTG是顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺英文Top Seeded Melt Textured Growth的缩写。本发明采用BaCe1-xGdxO3替代Pt掺杂在YBaCuO先驱粉中，采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)的工艺参数没有变化。
本发明的优点是：本发明用廉价的BaCe1-xGdxO3(0≦x≦0.2)替代贵金属Pt掺杂在YBaCuO先驱粉中制备单畴YBaCuO超导块，在不降低材料性能的前提下达到了降低单畴超导块成本的目的。
附图说明
图1为不同成分YBaCuO单畴超导块磁浮力F与悬浮间隙D之间的关系图。其中A是未掺杂超导块，B是掺0.2wt％Pt的超导块，C是掺杂0.5wt％BaCe3的超导块，D是掺杂0.5wt％BaCe0.9Gd0.1O3的超导块，E是掺杂0.5wt％BaCe0.8Gd0.2O3的超导块。
具体实施方式
BaCO3、CeO2和Gd2O3粉按Ba：Ce：Gd＝1：1-x：x(0≦x≦0.2)配比，充分混合均匀后经1400℃～1500℃焙烧5～10小时，反应生成BaCe1-xGdxO3相。将BaCe1-xGdxO3按相对于Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的0.25wt％～1.00wt％的比例加入Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉末中，在BaCe1-xGdxO3中，0≦x≦0.2，放入玛瑙罐中用玛瑙球研磨。按300～400目研磨粒度配球，球料重量比约为1：1.2，研磨时间约4小时。经球磨混合均匀后，用150MPa的压强单轴模压成型。再采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(Top Seeded Melt Textured Growth，缩写为TSMTG工艺)生成单畴结构的YBaCuO超导块。TSMTG工艺过程和具体参数如下：将c轴取向的SmBaCuO或NdBaCuO小晶体放在模压成型的圆柱状YBaCuO块的顶表面中心位置，保持其c轴与园柱状材料的对称轴平行。将带有籽晶的成型块放入加热炉中，以250℃～350℃/小时的速率快速升温至1050℃±5℃，保温1～2小时后以400℃～600℃/小时的速率快速降温至1010℃～1015℃，再以0.3～0.5℃/小时的速率缓慢降温至975℃±5℃，然后以100～200℃/小时的速率冷却到室温，使YBaCuO块经历部分熔化后再凝固的过程，生成单畴结构的YBaCuO超导块。
实施例1
BaCO3、CeO2粉按Ba：Ce＝1：1配比，充分混合均匀后经1400℃～1500℃焙烧5～10小时，生成BaCeO3相。将BaCeO3粉按相对于Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的0.25wt％，0.50wt％和1.00wt％的比例加入Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉末中，经球磨混合均匀后，用单轴模压成型，再采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)生成三种不同成分的单畴YBaCuO超导块。
从上述三种不同成分的单畴超导块上取样，分别测量其在77K温度下的临界电流密度(Jc)，其中掺杂0.50wt％BaCeO3的样品效果最好，Jc比未掺杂样品大幅度提高，达到掺0.2wt％Pt样品的同等水平，掺杂0.25wt％和1.00wt％BaCeO3的样品Jc虽然也比未掺杂样品提高，但低于掺0.2wt％Pt样品的水平。
测量了直径30mm厚17mm掺杂0.50wt％BaCeO3的单畴超导块的磁浮力性能。最大磁浮力达到103N，明显高于同等尺寸的未掺杂单畴超导块，与掺杂0.2wt％Pt粉的单畴超导块相当(见图1)。在图1中，掺杂0.5wt％BaCe3的超导块的C曲线，与掺0.2wt％Pt的超导块的B曲线相当，但明显高于同等尺寸的未掺杂单畴超导块的A曲线。
实施例2
BaCO3、CeO2和Gd2O3粉按Ba：Ce：Gd＝1：1-x：x(x＝0.1，0.2)配比，充分混合均匀后经1400℃～1500℃焙烧5～10小时，生成BaCe1-xGdxO3相。将BaCe1-xGdxO3粉按相对于Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的0.50wt％的比例加入Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉末中，经球磨混合均匀后，用单轴模压成型，再采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)生成单畴YBaCuO超导块。
分别测量了直径30mm厚17mm掺杂0.50wt％BaCe0.9Gd0.1O3(x＝0.1)和掺杂0.50wt％BaCe0.8Gd0.2O3(x＝0.2)的单畴超导块的磁浮力性能。最大磁浮力分别为105N和104N，明显高于同等尺寸的未掺杂单畴超导块，与掺杂0.2wt％Pt粉的单畴超导块相当(见图1)。在图1中，掺杂0.5
wt％BaCe0.9Gd0.1O3的超导块的D曲线、掺杂0.5wt％BaCe0.8Gd0.2O3的超导块的E曲线与掺0.2wt％Pt的超导块的B曲线相当，但明显高于同等尺寸的未掺杂单畴超导块的A曲线。
比较例1
将Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy粉末用单轴模压成型，再采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)生成单畴YBaCuO超导块。
测量了直径30mm厚17mm的单畴超导块的磁浮力性能。最大磁浮力为75N(见图1)。在图1中，未掺杂单畴超导块的A曲线明显低于同等尺寸的掺杂0.5wt％BaCe3的超导块的C曲线、掺杂0.5wt％BaCe0.9Gd0.1O3的超导块的D曲线和掺杂0.5wt％BaCe0.8Gd0.2O3的超导块的E曲线。
比较例2
将Pt粉按按相对于Y18Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的0.2wt％的比例加入Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉末中，经球磨混合均匀后，用单轴模压成型，再采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)生成单畴YBaCuO超导块。
测量了直径30mm厚17mm掺杂0.2wt％Pt粉的单畴超导块的磁浮力性能。最大磁浮力性能为103N(见图1)。在图1中，掺0.2wt％Pt的超导块的B曲线与掺杂0.5wt％BaCe3的超导块的C曲线、掺杂0.5wt％BaCe0.9Gd0.1O3的超导块的D曲线和掺杂0.5wt％BaCe0.8Gd0.2O3的超导块的E曲线相当。
Claims (3)
1、一种降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料，其特征在于，该掺杂材料的化学式为BaCe1-xGdxO3，其中，0≦x≦0.2。
2、一种制备降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料的方法，其特征在于，将BaCO3、CeO2和Gd2O3粉按Ba：Ce：Gd＝1：1-x：x配比，其中，0≦x≦0.2，充分混合均匀后经1400℃～1500℃焙烧5～10小时，反应生成BaCe1-xGdxO3掺杂材料，其中，0≦x≦0.2。
3、一种降低单畴YBaCuO超导块成本的掺杂材料的掺杂方法，其特征在于，将BaCe1-xGdxO3按相对于Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉的0.25wt％～1.00wt％的比例加入该Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy先驱粉末中，在BaCe1-xGdxO3中，0≦x≦0.2，经球磨混合均匀后，用单轴模压成型，再采用顶部籽晶辅助熔融织构生长工艺(TSMTG)生成单畴结构的YBaCuO超导块。
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