CN1033918A

CN1033918A - 液氮温区的超导磁屏蔽筒及其制造方法

Info

Publication number: CN1033918A
Application number: CN 88105651
Authority: CN
Inventors: 林彩东; 曾庆炅; 刘瑞芝; 付应生; 李传义; 谢伍喜
Original assignee: Peking University; Central South University
Current assignee: Peking University; Central South University
Priority date: 1988-01-01
Filing date: 1988-01-01
Publication date: 1989-07-12
Also published as: CN1011281B

Abstract

液氮温区下工作的磁屏蔽筒及其制造方法，材质由Y-Ba-Cu-O系超导材料组成，其加工方法是将预先合成的超导材料再进行破碎、成型、磨削加工、再烧结以及热处理工序，其中再绕结过程采用两段烧结法。所制得的磁屏蔽筒具有高密度、高强度、外形尺寸精确、超导电性能良好等特点，能用于超导量子干涉仪的磁屏蔽以及用来制作零磁空间。

Description

本发明是关于Y-Ba-Cu-O系超导材料的应用。

已有的磁屏蔽筒是由金属或金属化合物如铌或铌的化合物制成，其制造工艺过程为：电子束熔炼、旋锻或轧制（多次轧制）、切削加工成铌管。这种磁蔽筒临界温度低（Tco为9.2K），只能在液氦温区工作，由于液氦价格大大高于液氮。因此，由铌磁屏蔽筒构成的量子干涉仪成本高，不便于推广应用。而能够在液氮温区工作的Y-Ba-Cu-O系超导材料属于陶瓷材料，它具有硬度高、脆性大的特点，如果以传统常规制作工艺很难于将其加工成各种形状复杂的应用器件。

为了得到一种能在液氮温区工作的Y-Ba-Cu-O系超导材料磁屏蔽筒，以简化量子干涉仪装置，使之携带方便，并扩大其应用范围，是本发明的任务。

在液氮温区下工作的磁屏蔽筒，由Y-Ba-Cu-O系超导材料制成其形状为一端是封闭的筒体，根据需要可以做成圆形、方形、椭圆形等。筒底可以为平底、锥形底等。磁屏蔽筒材质配比为：YxBa_3-xCu3o_7-δ，较佳配比为YBa₂Cu₃O_7-δ（式中：x＝0.5～1;δ为可变值，与工艺制度有关，一般情况下δ＝0.2）。

Y-Ba-Cu-O系超导材料磁屏蔽筒的制造方法，其基本工艺为：混合、煅烧、压制、烧结、破碎、成型、加工、再烧结、热处理。具体步骤为：

原料准备：选用Y₂O₃、BaO、CuO或Y₂O₃、BaCO₃、CuO粉末，以分析纯为佳。

混合：按所需配比将粉末混合均匀，混合手段可采用手工或混料器来进行。

煅烧：将混合均匀的混合料盛于烧舟，最好选用氧化铝坩锅，然后再入煅烧炉煅烧，煅烧制度为370～420℃×1～1.5h+800～850℃×4.5～6h，待冷却后，将其研散，以利压制。

压制：采用钢模压制成坯（块、片、柱等状），使其具有一定机械强度压制压力为2～3T/cm²。

烧结：将压坯置于烧结炉内烧结，不需保护气氛，烧结温度为935～960℃，保温时间为4～6小时。

破碎：将冷却后的烧结块进行破碎，破碎方式可采用人工或机械破碎，其中以采用球磨机破碎较为理想。破碎后的粉末粒度为 d＝0.5～18μ。

成型：采用机械压制和等静压制均可，但以冷等静压制效果较佳，成型压力为2～4T/cm²，使压坯密度达到4～4.7g/cm³。产品成型尺寸为Φ10～250×50～500mm，壁厚为2～20mm。

加工：对成型的毛坯进行表面加工和形状加工，加工方法可采用手工磨削或机加工，使毛坯合符所需的技术条件要求。

再烧结：选用高温烧结炉，烧结温度为930～960℃，烧结时间为4.5～8小时，烧结过程既可连续进行也可分段进行，后种方法较佳，即在空气中烧结1.5～2.5小时，然后再在通氧条件下烧结3～5小时，并随炉在氧气氛中冷却。

热处理：将烧结好的产品再置于中温（600～700℃），低温（400～500℃）中进行4～20小时的退火处理。退火过程以在氧气氛中进行效果较佳。

本发明的超导磁屏蔽筒能适应液氮温区工作，使Y-Ba-Cu-O系得到了应用，解决了金属磁屏蔽筒需在液氦中工作的状况，节省了液氦，降低了成本，简化了量子干涉仪装置。本发明磁屏蔽筒还具有高密度，高强度、外型尺寸精确、超导电性能良好等特点。

附图为本发明磁屏蔽筒剖视图。

实施例一：

成分配比：YBa₂Cu₃O_6.5

实际配比：Y₂O₃17.15 BaO 46.58

CuO 36.26 （均为重量%）

混合：采用球磨筒，球料比为2∶1，球磨时间5小时。

煅烧：用氧化铝钳锅，放入马弗炉内，煅烧制度为400℃×1h+800℃×6h。待随炉冷却后，取出研碎。

压制：采用液压机进行钢模压制，压制压力2.5T/cm²。

烧结：炉内不通保护气氛烧结，温度为945℃，保温6小时，随炉冷却。

破碎：采用球磨破碎，使粉末粒度破碎至 d＝2～10μ。

成型：采用冷等静压制，压制压力为2.5T/cm²，使压块密度为4.5g/cm³。

加工：对压坯外表不规则处进行表面机加工。

再烧结：采用高温烧结炉，烧结温度为950℃，整个过程分二步：首先在空气中烧结1.5～2小时，然后在通氧气氛中烧结4小时，并随炉冷却。

后处理：在合格样品上涂上防潮漆或硝基漆。

实施例二：

按上述工艺用分析纯配制原料400克，其中：

Y₂O₃68.6克粒度 d＝4.8μ

BaO 186.4克粒度 d＝15.4μ

CuO 145克粒度 d＝0.56μ

按照前述工艺步骤，最后制成φ36.5×127mm的磁屏蔽筒（如附图所示），重350克。

磁屏蔽筒的性能如下：

密度：5.2克/厘米³

超导转变温度（中点）：92K

零电阻温度：90.5K

起始抗磁转变温度：91.7K

磁屏蔽系数：10^-6G

屏蔽能力（饱和值）：30e

Claims

1、一种液氮温区下工作的超导材料磁屏蔽筒，其形状为一端是封闭的筒体，本发明的特征是：磁屏蔽筒材质为Y-Ba-Cu-O系超导材料。

2、一种如权利要求1所述的磁屏蔽筒，其特征是磁屏蔽筒的成分配比为YBa₂Cu₃O_7-δ。

3、一种在液氮温区下工作的磁屏蔽筒的制造方法，其制作工艺包括：

（1）混合：将原料混合至均匀;

（2）煅烧：将混合均匀的混合料盛于坩埚内，置于马弗炉煅烧，煅烧制度为370～420℃×1～1.5h+800～850℃×4.5～6h;

（3）压制：采用钢模压成块，压制压力为2～3T/cm²;

（4）烧结：在935～960℃加热合成后冷却至室温;

本发明的特征是，再经过如下工序：

（5）破碎：将烧结块破碎至d＝0.5～18μ;

（6）成型：采用等静压制，压制压力为2～4T/cm²，压坯密度为4～4.7g/cm³，压制品尺为Φ10～250×50～500mm ，壁厚为2～20mm;

（7）加工：将成型毛坯精加工至所需的尺寸要求;

（8）再烧结：产品在高温烧结炉中烧结，烧结温度为930～960℃;

（9）热处理：产品经中温（600～700℃）、低温（400～500℃）退火处理，时间为4～20小时。

4、一种如权利要求3所述的磁屏蔽筒的制造方法，其特征是所述再烧结工艺分为两个阶段进行，第一阶段在空气中烧结1.5～2小时，第二阶段在通氧气氛中烧结3～5小时，并随炉在氧气氛中冷却。