CN106048370A - 一种高温超导金属材料及其制备方法 - Google Patents

一种高温超导金属材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温超导金属材料，由下列重量份的原料制成：二硼化镁10‑20份、钼铌合金8‑14份、氧化铋8‑12份、氧化铜7‑13份、碳酸钙5‑9份、氧化钛4‑9份、氧化锆3‑7份、氧化铟锡3‑8份、氧化锡5‑9份、硅化镁5‑7份、硫化锌3‑6份、稀土7‑10份、纳米陶瓷粉6‑12份、聚氨酯4‑10份、聚苯硫醚3‑9份、丙烯酸甲酯3‑6份、对氯苯胺5‑8份、乙酸异丙烯酯4‑7份、聚吡咯2‑4份、变性剂5‑8份、热稳定剂5‑10份。制备而成的高温超导金属材料，其耐低温、超导性能强、零电阻性质。同时，还公开了相应的制备方法。

Description

一种高温超导金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种高温超导金属材料及其制备方法。
背景技术
高温超导材料，是具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质。氧化物中的金属元素（如铜）可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性。除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性。
超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4.2K提高到铌三锗的23.22K，才提高了19K。1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40.2K。所以现在研制出一款高温超导金属材料来满足行业的要求，使高温超导材料能应用于更多的行业和领域是一项尤为重要的任务。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高温超导金属材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了高温超导金属材料，其耐低温、超导性能强、零电阻性质，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高温超导金属材料，由下列重量份的原料制成：二硼化镁10-20份、钼铌合金8-14份、氧化铋8-12份、氧化铜7-13份、碳酸钙5-9份、氧化钛4-9份、氧化锆3-7份、氧化铟锡3-8份、氧化锡5-9份、硅化镁5-7份、硫化锌3-6份、稀土7-10份、纳米陶瓷粉6-12份、聚氨酯4-10份、聚苯硫醚3-9份、丙烯酸甲酯3-6份、对氯苯胺5-8份、乙酸异丙烯酯4-7份、聚吡咯2-4份、变性剂5-8份、热稳定剂5-10份。
优选地，所述的变性剂选自二氯苯甲酸、组胺磷酸盐、鲸蜡烷三甲基溴化铵、1-氨基戊烷中的一种或几种。
优选地，所述热稳定剂选自4-苯基丁酰氯、1,1-二异丙氧基三甲胺、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯、丙二酸单叔丁酯中的一种或几种。
所述的高温超导金属材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为940-970℃，烧结时间为2-3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在惰性气体中冷却至380-420℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30-60分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为500-650转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、变性剂，搅拌均匀后加压至20-30MPa,搅拌速度为500-650转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却20-30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入惰性气体保存箱，冷却至室温，得到成品。
优选地，步骤（3）和步骤（6）中的惰性气体为氦气。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的高温超导金属材料以二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉为主要成分，通过加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、变性剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密炼、加压搅拌、压模冷却等工艺，使得制备而成的高温超导金属材料，其耐低温、超导性能强、零电阻性质，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
（2）本发明的高温超导金属材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）称取二硼化镁10份、钼铌合金8份、氧化铋8份、氧化铜7份、碳酸钙5份、氧化钛4份、氧化锆3份、氧化铟锡3份、氧化锡5份、硅化镁5份、硫化锌3份、稀土7份、纳米陶瓷粉6份、聚氨酯4份、聚苯硫醚3份、丙烯酸甲酯3份、对氯苯胺5份、乙酸异丙烯酯4份、聚吡咯2份、二氯苯甲酸5份、4-苯基丁酰氯5份；
（2）将二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、4-苯基丁酰氯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为940℃，烧结时间为2小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至380℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为500转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、二氯苯甲酸，搅拌均匀后加压至20MPa,搅拌速度为500转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却20分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的高温超导金属材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
（1）称取二硼化镁13份、钼铌合金11份、氧化铋9份、氧化铜10份、碳酸钙6份、氧化钛5份、氧化锆5份、氧化铟锡5份、氧化锡6份、硅化镁5份、硫化锌4份、稀土8份、纳米陶瓷粉8份、聚氨酯6份、聚苯硫醚5份、丙烯酸甲酯4份、对氯苯胺6份、乙酸异丙烯酯5份、聚吡咯3份、组胺磷酸盐6份、1,1-二异丙氧基三甲胺7份；
（2）将二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、1,1-二异丙氧基三甲胺加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为950℃，烧结时间为2.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至395℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼40分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为550转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、组胺磷酸盐，搅拌均匀后加压至23MPa,搅拌速度为550转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却24分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的高温超导金属材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
（1）称取二硼化镁17份、钼铌合金13份、氧化铋11份、氧化铜12份、碳酸钙8份、氧化钛8份、氧化锆6份、氧化铟锡7份、氧化锡7份、硅化镁6份、硫化锌5份、稀土9份、纳米陶瓷粉10份、聚氨酯8份、聚苯硫醚8份、丙烯酸甲酯5份、对氯苯胺7份、乙酸异丙烯酯6份、聚吡咯3份、鲸蜡烷三甲基溴化铵7份、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯9份；
（2）将二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为960℃，烧结时间为3小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至410℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼50分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为600转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、鲸蜡烷三甲基溴化铵，搅拌均匀后加压至27MPa,搅拌速度为600转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却28分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的高温超导金属材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4
（1）称取二硼化镁20份、钼铌合金14份、氧化铋12份、氧化铜13份、碳酸钙9份、氧化钛9份、氧化锆7份、氧化铟锡8份、氧化锡9份、硅化镁7份、硫化锌6份、稀土10份、纳米陶瓷粉12份、聚氨酯10份、聚苯硫醚9份、丙烯酸甲酯6份、对氯苯胺8份、乙酸异丙烯酯7份、聚吡咯4份、1-氨基戊烷8份、丙二酸单叔丁酯10份；
（2）将二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、丙二酸单叔丁酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为970℃，烧结时间为3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至420℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼60分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为650转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、1-氨基戊烷，搅拌均匀后加压至30MPa,搅拌速度为650转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的高温超导金属材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
（1）称取二硼化镁10份、钼铌合金8份、碳酸钙5份、氧化钛4份、氧化锆3份、氧化铟锡3份、氧化锡5份、硅化镁5份、硫化锌3份、稀土7份、纳米陶瓷粉6份、聚苯硫醚3份、丙烯酸甲酯3份、对氯苯胺5份、乙酸异丙烯酯4份、聚吡咯2份、二氯苯甲酸5份、4-苯基丁酰氯5份；
（2）将二硼化镁、钼铌合金、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、4-苯基丁酰氯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为940℃，烧结时间为2小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至380℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为500转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、二氯苯甲酸，搅拌均匀后加压至20MPa,搅拌速度为500转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却20分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的高温超导金属材料的性能测试结果如表1所示。
对比例2
（1）称取二硼化镁20份、氧化铋12份、氧化铜13份、氧化钛9份、氧化锆7份、氧化铟锡8份、氧化锡9份、硅化镁7份、硫化锌6份、稀土10份、纳米陶瓷粉12份、聚氨酯10份、丙烯酸甲酯6份、对氯苯胺8份、乙酸异丙烯酯7份、聚吡咯4份、1-氨基戊烷8份、丙二酸单叔丁酯10份；
（2）将二硼化镁、氧化铋、氧化铜、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、丙二酸单叔丁酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为970℃，烧结时间为3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至420℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼60分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚氨酯、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为650转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、1-氨基戊烷，搅拌均匀后加压至30MPa,搅拌速度为650转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的高温超导金属材料的性能测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的高温超导金属材料分别进行电阻、临界电流密度、电导率的性能测试。
表1
电阻（Ω，-186℃） 临界电流密度*10-6（Jc/Macm-2） 电导率*10-6（S/m）
实施例1 3.534 1.69 7.32
实施例2 3.425 1.71 7.92
实施例3 3.412 1.70 8.03
实施例4 3.428 1.72 7.98
对比例1 17.549 0.34 0.26
对比例2 18.135 1.51 0.49
本发明的高温超导金属材料以二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉为主要成分，通过加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯、对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、变性剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密炼、加压搅拌、压模冷却等工艺，使得制备而成的高温超导金属材料，其耐低温、超导性能强、零电阻性质，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的高温超导金属材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高温超导金属材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：二硼化镁10-20份、钼铌合金8-14份、氧化铋8-12份、氧化铜7-13份、碳酸钙5-9份、氧化钛4-9份、氧化锆3-7份、氧化铟锡3-8份、氧化锡5-9份、硅化镁5-7份、硫化锌3-6份、稀土7-10份、纳米陶瓷粉6-12份、聚氨酯4-10份、聚苯硫醚3-9份、丙烯酸甲酯3-6份、对氯苯胺5-8份、乙酸异丙烯酯4-7份、聚吡咯2-4份、变性剂5-8份、热稳定剂5-10份。
2.根据权利要求1所述的高温超导金属材料，其特征在于：所述的变性剂选自二氯苯甲酸、组胺磷酸盐、鲸蜡烷三甲基溴化铵、1-氨基戊烷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高温超导金属材料，其特征在于：所述热稳定剂选自4-苯基丁酰氯、1,1-二异丙氧基三甲胺、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯、丙二酸单叔丁酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一所述的高温超导金属材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将二硼化镁、钼铌合金、氧化铋、氧化铜、碳酸钙、氧化钛、氧化锆、氧化铟锡、氧化锡、硅化镁、硫化锌、稀土、纳米陶瓷粉、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为940-970℃，烧结时间为2-3.5小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在惰性气体中冷却至380-420℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30-60分钟，密炼温度为560℃，并依次加入聚氨酯、聚苯硫醚、丙烯酸甲酯、聚吡咯,搅拌速度为500-650转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入对氯苯胺、乙酸异丙烯酯、变性剂，搅拌均匀后加压至20-30MPa,搅拌速度为500-650转/分钟，搅拌温度为560℃，保温搅拌1小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-80℃的低温箱中冷却20-30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入惰性气体保存箱，冷却至室温，得到成品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤（3）和步骤（6）中的惰性气体为氦气。
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