CN117700225A - 一种YaGd2-aBa4CuNbOy纳米粉体及用其提高单畴钆钡铜氧超导块材性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米粉体，按摩尔数配比是：0摩尔～2摩尔的Y2O3，2摩尔～0摩尔的Gd2O3，8摩尔的BaCO3，2摩尔的CuO，1摩尔的M2O5；该纳米粉体的化学式为YaGd2‑aBa4CuMOy，其中a的取值范围是0＜a＜2，M是Nb,U,Ta,Mo,W,Ru,Zr,Bi,Ag中任意一种；掺杂该YaGd2‑aBa4CuMOy纳米粉体制备的单畴钆钡铜氧超导块材，具有优异的磁悬浮力。
Description
技术领域
本发明属于高温铜氧化物超导材料技术领域，具体涉及一种YaGd2-aBa4CuNbOy纳米粉体及用其提高单畴钆钡铜氧超导块材性能的方法
背景技术
1987年，临界转变温度高于液氮温度的Y-Ba-Cu-O(YBCO)超导体被发现。随后，人们通过用稀土元素Nd、Sm、Gd、Eu、Dy等替代YBCO超导体中的Y位，获得了一系列转变温度在90K左右的高温超导体，这类超导体被称为稀土铜氧化物超导体，一般写为RE-Ba-Cu-O(REBCO)。其中单畴GdBCO超导块材是其中应用最广泛的高温超导块材之一。由于其稳定的磁悬浮力，较高的捕获场，强的磁通钉扎力以及高的临界转变温度等性能，被广泛应用于超导磁轴承，飞轮储能系统，电机，发电机和磁悬浮系统等领域。为了能有效的提高REBCO超导块材的性能、制备方法及其应用，科研工作者做了大量研究工作。大量研究者通过物理或化学的方式优化超导块材性能。
最初发现，非超导的第二相粒子RE2BaCuO5(RE211)是一种有效的磁通钉扎中心，但由于在REBCO晶体生长过程中RE211粒子粗化，其粒径均在微米甚至几十微米。通过对RE211先驱粉体球磨、超声、及其调整REBCO晶体生长过冷度等方法减小RE211粒子粒径，但仍然是微米级别。这些工作并未有效的改善RE211粒径的大小，由于粒子粗化(Ostwaldripening)理论。之后通过化学和物理掺杂引入人工磁通钉扎中心，Ag、Pt、Au、CeO2、RE2Ba4CuMOy等来优化REBCO超导块材性能。前面几种金属元素，价格昂贵，所以并未得到广泛应用。但RE2Ba4CuMOy(REM2411，M是Nb,U,Ta,Mo,W,Ru,Zr,Bi,Ag)可以实现较RE211粒子更小的纳米种类制备，这种粒子均是纳米颗粒，且这种粒子具有稳定的化学性质，可以有效的提高样品磁悬浮力、捕获磁场以及临界电流密度。这种粒子一般不影响临界转变温度。相较于RE211，REM2411粒径明显小了很多。这类非超导相人工磁通钉扎中心从RE211发展到REM2411为止，至今尚无新进展，从而阻碍了REBCO超导块材的发展。
目前所有的人工磁通钉扎中心有很多种类。其中由于价格昂贵、与RE123相反应降低临界转变温度(Tc)等原因使得其应用受到限制。现有的第二类非超导相人工磁通钉扎中心主要有RE211和REM2411两种，相较于微米量级的RE211粒子，亚微米及纳米量级的REM2411粒子在REBCO超导块材中可以产生更强的磁通钉扎能力。然而，如何通过优化RE2Ba4CuMOy组份，研究和开发能够作为有效磁通钉扎中心的新型纳米材料？如何通过这种新型纳米颗粒掺杂提高REBCO超导块材临界电流密度、磁悬浮力、捕获磁场等超导性能？这些问题自从REM2411相纳米粉体发现以来，一直停滞不前，未获得新的进展，从而在很大程度上限制了REBCO超导块材的发展。因此通过采用混合稀土元素替代REM2411相中单一稀土元素的方法，我们发明了一种YaGd2-aBa4CuNbOy纳米粉体，并研究了其掺杂对GdBCO超导块材性能的影响，这对进一步提高GdBCO超导块材性能具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米粉体，按摩尔数配比是：0摩尔～2摩尔的Y2O3，2摩尔～0摩尔的Gd2O3，8摩尔的BaCO3，2摩尔的CuO，1摩尔的M2O5；该纳米粉体的化学式为YaGd2- aBa4CuMOy，其中a的取值范围是0＜a＜2，M是Nb,U,Ta,Mo,W,Ru,Zr,Bi,Ag。
进一步的，所述的一种纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
S1：准备纯度为99.0％的Y2O3、Gd2O3、BaCO3、CuO、Nb2O5按摩尔比配比混合；
S2：步骤S1中的混合粉置入氧化锆灌中，加入酒精，干湿搅拌后，放入行星球磨机中球磨3h；
S3：将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干；
S4：将烘干后的粉放入高温炉中，在温度(T，T＝1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃)烧结24小时，将烧结后的粉体球磨3h；
S5：重复3次步骤4，得到YaGd2-aBa4CuNbOy粉体。
进一步的，所述YaGd2-aBa4CuMOy掺杂量在0<x≤7wt％之间。
进一步的，所述的一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，包括如下步骤：
M1：制备钕钡铜氧籽晶；
M2：制备固相先驱块；
M3：制备液相先驱块；
M4：称取5gY2O3压制成与液相直径相同的支撑块，准备若干MgO单晶块，准备Al2O3垫片；
M5：装配坯体：垫片(1)上设置有多个间隔排列单晶块(2)，所述单晶块(2)上设置有支撑块(3)，所述支撑块(3)上方设置有液相先驱块(4)，所述先驱块(4)上方设置固相先驱块(5)，所述固相先驱块(5)的上方设置有钕钡铜氧籽晶(6)；
M6：将装配好的坯体放入晶体生长炉中，以80～120℃/h的升温速率升温至900℃，保温10小时；以40～60℃/h的升温速率升至1062℃，保温2.5小时；以60℃/h的降温速率降温至1038℃，以0.1～0.5℃/h的速率慢冷至1018℃，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材；
M7：渗氧处理：将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，430～350℃的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。
进一步的，所述M1：制备钕钡铜氧籽晶的具体过程如下：
M11：Nd123粉体的制备：将Nd2O3与BaCO3、CuO三种粉体按摩尔比1:4:6混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，生成NdBa2Cu3O7-δ(Nd123)粉体；上式中0≤δ≤1；
M12：Nd211粉体的制备：将Nd2O3与BaCO3、CuO三种粉体按摩尔比1:1:1混合均匀，用固态反应法在920℃下经过三次烧结，生成Nd2BaCuO5(Nd211)粉体；
M13：将Nd123粉体与Nd211粉体按质量比1:3混合，再加入8.6wt％的MgO粉体混合均匀，称量混合均匀的粉体30g，压制成直径32mm钕钡铜氧先驱块；在晶体生长炉中进行生长，得到钕钡铜氧块材；取自然解理的钕钡铜氧小方块(2×2×2mm3)作为钕钡铜氧籽晶。
进一步的，所述M2：制备固相先驱块的具体过程是：
M21：将BaCO3与CuO按摩尔比1:1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；
M22：固相源粉体由以下组分构成：[(99-x)wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+xwt％YaGd2- aBa4CuNbOy+1wt％CeO2]，将四种粉体用行星球磨机混合均匀作为固相源先驱粉体；称取上述固相源先驱粉体35g，分别压制成直径32mm的固相先驱块。
进一步的，所述M3：制备液相先驱块的具体过程是：将Y2O3、CuO和BaCuO2按摩尔比1:6:10用行星球磨机混合均匀，作为液相源先驱粉体；称取上述液相先驱粉体48g，压制成直径40mm的液相先驱块。
进一步的，所述单畴钆钡铜氧超导块材通过熔渗生长法进行制备。
本发明的优点是：
本发明通过采用混合稀土元素替代REM2411相中单一稀土元素的方法，发明了一种YaGd2-aBa4CuNbOy纳米粉体，该YaGd2-aBa4CuNbOy纳米粉体制备的单畴钆钡铜氧超导块材，具有优异的磁悬浮力。
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
附图说明
图1是样品装配示意图。
图2是实施例2的先驱粉体在1150℃下烧结后的XRD图。
图3是实施例2的先驱粉体在1150℃温度点下烧结后的SEM图。
图4是实施例2的样品表面宏观形貌图。
图5是实施例2的用表面磁场为0.5T的NdFeB永磁体测试的磁悬浮力的分布图。
图6是实施例2的磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图。
图7是实施例3的先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的XRD图。
图8是实施例3的先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的SEM图。
图9是实施例3的样品表面宏观形貌图。
图10是实施例3的用表面磁场为0.5T的NdFeB永磁体测试的磁悬浮力的分布图。
图11是实施例3的磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图。
图12是实施例4的先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的XRD图。
图13是实施例4的先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的SEM图。
图14是实施例4的掺杂不同含量的YGdBa4CuNbOy纳米粉体的样品表面宏观形貌图。
图15是实施例4的用表面磁场为0.5T永磁体测试的掺杂不同含量的YGdBa4CuNbOy纳米粉体的样品的磁悬浮力分布图。
图16是实施例4的磁场强度是1T的电磁铁磁化后的掺杂不同含量的YGdBa4CuNbOy纳米粉体的样品的捕获磁场分布图。
图17是实施例5的先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的XRD图。
图18是实施例5的先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的SEM图。
图19是实施例5的GdBCO超导块材宏观形貌图，。
图20是实施例5的用表面磁场为0.5T永磁体测试的磁悬浮力的分布图。
图21是实施例5的是磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图。
图22是实施例6的先驱粉体在1150℃下烧结后的XRD图。
图23是实施例6的先驱粉体在1150℃温度点下烧结后的SEM图。
图24是实施例6的样品表面宏观形貌图。
图25是实施例6的用表面磁场为0.5T的NdFeB永磁体测试的磁悬浮力的分布图。
图26是实施例6的磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图。
附图标记说明：1、垫片；2、单晶块；3、支撑块；4、液相先驱块；5、固相先驱块；6、钕钡铜氧籽晶。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
一种纳米粉体，按摩尔数配比是：0摩尔～2摩尔的Y2O3，2摩尔～0摩尔的Gd2O3，8摩尔的BaCO3，2摩尔的CuO，1摩尔的M2O5；该纳米粉体的化学式为YaGd2-aBa4CuMOy，其中a的取值范围是0＜a＜2，M是Nb,U,Ta,Mo,W,Ru,Zr,Bi,Ag。
进一步的，所述的一种纳米粉体的制备方法，包括如下步骤：
S1：准备纯度为99.0％的Y2O3、Gd2O3、BaCO3、CuO、Nb2O5按摩尔比配比混合；
S2：步骤S1中的混合粉置入氧化锆灌中，加入酒精，干湿搅拌后，放入行星球磨机中球磨3h；
S3：将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干；
S4：将烘干后的粉放入高温炉中，在温度(T，T＝1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃)烧结24小时，将烧结后的粉体球磨3h；
S5：重复3次步骤4，得到YaGd2-aBa4CuNbOy粉体。
进一步的，所述YaGd2-aBa4CuMOy掺杂量在0<x≤7wt％之间。
进一步的，所述的一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，包括如下步骤：
M1：制备钕钡铜氧籽晶；
M2：制备固相先驱块；
M3：制备液相先驱块；
M4：称取5gY2O3压制成与液相直径相同的支撑块，准备若干MgO单晶块，准备Al2O3垫片；
M5：装配坯体：垫片(1)上设置有多个间隔排列单晶块(2)，所述单晶块(2)上设置有支撑块(3)，所述支撑块(3)上方设置有液相先驱块(4)，所述先驱块(4)上方设置固相先驱块(5)，所述固相先驱块(5)的上方设置有钕钡铜氧籽晶(6)；
M6：将装配好的坯体放入晶体生长炉中，以80～120℃/h的升温速率升温至900℃，保温10小时；以40～60℃/h的升温速率升至1062℃，保温2.5小时；以60℃/h的降温速率降温至1038℃，以0.1～0.5℃/h的速率慢冷至1018℃，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材；
M7：渗氧处理：将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，430～350℃的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。
进一步的，所述M1：制备钕钡铜氧籽晶的具体过程如下：
M11：Nd123粉体的制备：将Nd2O3与BaCO3、CuO三种粉体按摩尔比1:4:6混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，生成NdBa2Cu3O7-δ(Nd123)粉体；上式中0≤δ≤1；
M12：Nd211粉体的制备：将Nd2O3与BaCO3、CuO三种粉体按摩尔比1:1:1混合均匀，用固态反应法在920℃下经过三次烧结，生成Nd2BaCuO5(Nd211)粉体；
M13：将Nd123粉体与Nd211粉体按质量比1:3混合，再加入8.6wt％的MgO粉体混合均匀，称量混合均匀的粉体30g，压制成直径32mm钕钡铜氧先驱块；在晶体生长炉中进行生长，得到钕钡铜氧块材；取自然解理的钕钡铜氧小方块(2×2×2mm3)作为钕钡铜氧籽晶。
进一步的，所述M2：制备固相先驱块的具体过程是：
M21：将BaCO3与CuO按摩尔比1:1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；
M22：固相源粉体由以下组分构成：[(99-x)wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+xwt％YaGd2- aBa4CuNbOy+1wt％CeO2]，将四种粉体用行星球磨机混合均匀作为固相源先驱粉体；称取上述固相源先驱粉体35g，分别压制成直径32mm的固相先驱块。
进一步的，所述M3：制备液相先驱块的具体过程是：将Y2O3、CuO和BaCuO2按摩尔比1:6:10用行星球磨机混合均匀，作为液相源先驱粉体；称取上述液相先驱粉体48g，压制成直径40mm的液相先驱块。
进一步的，所述单畴钆钡铜氧超导块材通过熔渗生长法进行制备。
实施例2
a＝0时，粉体Gd2Ba4CuNbOy的研制及其对GdBCO超导块材的影响。
1)将商业购买的纯度为99.0％的Gd2O3、CuO、BaCO3、Nb2O5分别按摩尔比2：2：8：1配比，分别称量72.48gGd2O3、15.9gCuO、157.84gBaCO3、26.58gNb2O5粉体放入氧化锆灌中。
2)在氧化锆罐子中加入250ml的酒精。用勺子干湿搅拌后，放入行星球磨机中球磨3h。
3)将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干。
4)将烘干后的粉放入高温炉中，在1150℃温度点下烧结。将烧结后的粉体球磨3h。
5)将步骤4重复3次，得到纯度更高的粉体。
6)通过X-raydiffraction(XRD)、微观结构(SEM)对Y2Ba4CuNbOy进行表征。图2是先驱粉体在1150℃下烧结后的XRD图。如下图3所示，先驱粉体在1150℃温度点下烧结后的SEM图。
7)将Gd2Ba4CuNbOy纳米粉体掺杂到REBCO超导块材中。
8)制备固相先驱块，将BaCO3与CuO按摩尔比1：1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；固相源粉体由以下组分构：[92wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+7wt％Gd2Ba4CuNbOy+1wt％CeO2]，将四种粉体用行星球磨机混合均匀作为固相源先驱粉体；称取上述35g固相源先驱粉体，压制成直径32mm的固相先驱块；
9)制备液相先驱块
将Y2O3、CuO和BaCuO2按摩尔比1:6:10配比，用行星球磨机混合均匀，作为液相源先驱粉体；称取上述液相先驱粉体48g，压制成直径40mm的液相先驱块；
10)同时称取5gY2O3压制成与液相直径相同的支撑块。
11)准备若干MgO单晶块；
12)准备Al2O3垫片；
13)垫片1上设置有多个间隔排列单晶块2，所述单晶块2上设置有支撑块3，所述支撑块3上方设置有液相先驱块4，所述先驱块4上方设置固相先驱块5，所述固相先驱块5的上方设置有钕钡铜氧籽晶6。
14)将装配好的先驱块材放入晶体生长炉中，将装配好的坯体放入晶体生长炉中，通过顶部籽晶熔渗生长法(Topseededinfitrationgrowth，TSIG)制备出超导块材。以80～120℃/h的升温速率升温至900℃，保温10小时；以40～60℃/h的升温速率升至1062℃，保温2.5小时；以60℃/h的降温速率降温至1038℃，以0.1～0.5℃/h的速率慢冷至1018℃，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材。
15)渗氧处理：将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，430～350℃的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。
图4样品表面宏观形貌图；图5是用表面磁场为0.5T的NdFeB永磁体测试的磁悬浮力的分布图，磁悬浮力最大值达到119N；图6是磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图，捕获磁场最大值达到0.78T。
实施例3
a＝0.6时，粉体Y0.6Gd1.4Ba4CuNbOy的研制及其对GdBCO超导块材的影响。
将商业购买的纯度为99.0％的Y2O3、Gd2O3、CuO、BaCO3、Nb2O5分别按摩尔比0.6：1.4：2：8：1配比，分别称量10.84gY2O3、40.59gGd2O3、12.72gCuO、126.25gBaCO3、21.26gNb2O5粉体放入氧化锆灌中。
在氧化锆罐子中加入150ml的酒精。用勺子干湿搅拌后，放入行星球磨机中球磨3h。
将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干。
将烘干后的粉放入高温炉中，分别在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结。将烧结后的粉球磨3h。
将步骤4重复3次，得到纯度更高的粉体。
6)通过X-raydiffraction(XRD)、微观结构(SEM)挑选出粒径最小且纯度最高的Y0.6Gd1.4Ba4CuNbOy粉体。图7是先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的XRD图。如下图8所示，先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的SEM图。
7)挑选出在1150℃下烧结得到粒径最小的Y0.6Gd1.4Ba4CuNbOy纳米粉体掺杂到REBCO超导块材中。
8)制备固相先驱块，将BaCO3与CuO按摩尔比1：1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；固相源粉体由以下组分构成：[92wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+7wt％Y0.6Gd1.4Ba4CuNbOy+1wt％CeO2]，将四种粉体用行星球磨机混合均匀作为固相源先驱粉体；称取上述35g固相源先驱粉体，压制成直径32mm的固相先驱块；
9)制备液相先驱块
将Y2O3、CuO和BaCuO2按摩尔比1:6:10配比，用行星球磨机混合均匀，作为液相源先驱粉体；称取上述液相先驱粉体48g，压制成直径40mm的液相先驱块；
10)同时称取5gY2O3压制成与液相直径相同的支撑块。
11)准备若干MgO单晶块；
12)准备Al2O3垫片；
13)垫片1上设置有多个间隔排列单晶块2，所述单晶块2上设置有支撑块3，所述支撑块3上方设置有液相先驱块4，所述先驱块4上方设置固相先驱块5，所述固相先驱块5的上方设置有钕钡铜氧籽晶6。
14)将装配好的先驱块材放入晶体生长炉中，将装配好的坯体放入晶体生长炉中，通过顶部籽晶熔渗生长法(Topseededinfitrationgrowth，TSIG)制备出超导块材。以80～120℃/h的升温速率升温至900℃，保温10小时；以40～60℃/h的升温速率升至1062℃，保温2.5小时；以60℃/h的降温速率降温至1038℃，以0.1～0.5℃/h的速率慢冷至1018℃，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材。
15)渗氧处理：将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，430～350℃的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。
图9样品表面宏观形貌图；图10是用表面磁场为0.5T的NdFeB永磁体测试的磁悬浮力的分布图，磁悬浮力最大值达到140N；图11是磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图，捕获磁场最大值达到0.85T。
实施例4
a＝1时，粉体YGdBa4CuNbOy的研制及其对GdBCO超导块材的影响。
将商业购买的纯度为99.0％的Y2O3、Gd2O3、CuO、BaCO3、Nb2O5分别按摩尔比1：1：2：8：1配比，分别称量22.58gY2O3、36.24gGd2O3、15.9gCuO、157.84gBaCO3、26.58gNb2O5粉体放入氧化锆灌中。
在氧化锆罐子中加入200ml的酒精。用勺子干湿搅拌后，放入行星球磨机中球磨3h。
3)将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干。
4)将烘干后的粉放入高温炉中，分别在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结。将烧结后的粉球磨3h。
5)将步骤4重复3次，得到纯度更高的粉体。
6)通过X-raydiffraction(XRD)、微观结构(SEM)挑选出粒径最小且纯度最高的YGdBa4CuNbOy粉体。图12是先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的XRD图。如下图13所示，先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的SEM图。
同实施例2中一样，在1150℃下烧结的YGdBa4CuNbOy纳米颗粒粒径最小，掺杂到REBCO超导块材中，通过顶部籽晶熔渗生长法(Topseededinfiltrationgrowth，TSIG)制备出超导块材。
制备固相先驱块，将BaCO3与CuO按摩尔比1：1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；固相源粉体由以下组分构成：[(99-x)wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+xwt％YGdBa4CuNbOy+1wt％CeO2](x＝0，3，5，7，10，15)，用行星球磨机将掺杂不同含量YGdBa4CuNbOy的固相源先驱粉体混合均匀；称取上述35g固相源先驱粉体，压制成直径32mm的固相先驱块；
其余步骤与实施例2中的(9-15)一样。
图14是掺杂不同含量的YGdBa4CuNbOy纳米粉体的样品表面宏观形貌，图15是用表面磁场为0.5T永磁体测试的掺杂不同含量的YGdBa4CuNbOy纳米粉体的样品的磁悬浮力分布图，磁悬浮力最大值达到159N；图16是磁场强度是1T的电磁铁磁化后的掺杂不同含量的YGdBa4CuNbOy纳米粉体的样品的捕获磁场分布图，捕获磁场最大值达到0.92T。
实施例5
a＝1.4时，粉体Y1.4Gd0.6Ba4CuNbOy的研制及其对GdBCO超导块材的影响。
将商业购买的纯度为99.0％的Y2O3、Gd2O3、CuO、BaCO3、Nb2O5分别按摩尔比1.4：0.6：2：8：1配比，分别称量25.29gY2O3、22.72gGd2O3、12.78gCuO、126.25gBaCO3、21.26gNb2O5粉体放入氧化锆灌中。
2)在氧化锆罐子中加入150ml的酒精。氧化锆罐子中加入氧化锆珠子，用勺子干湿搅拌后，放入行星球磨机中，球磨3h。
3)将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干。
4)将烘干后的粉放入高温炉中，分别在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结。将烧结后的粉球磨3h。
5)将步骤4重复3次，得到纯度更高的粉体。
6)通过X-raydiffraction(XRD)、微观结构(SEM)挑选出粒径最小且纯度最高的Y1.4Gd0.6Ba4CuNbOy粉体。如下图17所示：先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的XRD图。如下图18所示，先驱粉体在1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃不同温度点下烧结后的SEM图。
同实施例2中一样，挑选出在1150℃下烧结的YGdBa4CuNbOy纳米粉体掺杂到REBCO超导块材中，通过顶部籽晶熔渗生长法(Topseededinfitrationgrowth，TSIG)制备出超导块材。
制备固相先驱块，将BaCO3与CuO按摩尔比1：1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；固相源粉体由以下组分构成：[92wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+7wt％Y1.4Gd0.6Ba4CuNbOy+1wt％CeO2]，将四种粉体用行星球磨机混合均匀作为固相源先驱粉体；称取上述35g固相源先驱粉体，压制成直径32mm的固相先驱块；
9)其余步骤与实施例2中的(9-15)一样。
图19是GdBCO超导块材宏观形貌图，图20是用表面磁场为0.5T永磁体测试的磁悬浮力的分布图，磁悬浮力最大值达到130N；图21是磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图，捕获磁场最大值达到0.79T。
实施例6
a＝2时，粉体Y2Ba4CuNbOy的研制及其对GdBCO超导块材的影响。
将商业购买的纯度为99.0％的Y2O3、CuO、BaCO3、Nb2O5分别按摩尔比2：2：8：1配比，分别称量45.16gY2O3、15.9gCuO、157.84gBaCO3、26.58gNb2O5粉体放入氧化锆灌中。
在氧化锆罐子中加入250ml的酒精。用勺子干湿搅拌后，放入行星球磨机中球磨3h。
将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干。
将烘干后的粉放入高温炉中，在1150℃温度点下烧结。将烧结后的粉体球磨3h。
将步骤4重复3次，得到纯度更高的粉体。
6)通过X-raydiffraction(XRD)、微观结构(SEM)对Y2Ba4CuNbOy进行表征。图22是先驱粉体在1150℃下烧结后的XRD图。如下图23所示，先驱粉体在1150℃温度点下烧结后的SEM图。
7)将Y2Ba4CuNbOy纳米粉体掺杂到REBCO超导块材中，通过顶部籽晶熔渗生长法(Topseededinfitrationgrowth，TSIG)制备出超导块材。
8)制备固相先驱块，将BaCO3与CuO按摩尔比1：1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；固相源粉体由以下组分构成：[92wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+7wt％Y2Ba4CuNbOy+1wt％CeO2]，将四种粉体用行星球磨机混合均匀作为固相源先驱粉体；称取上述35g固相源先驱粉体，压制成直径32mm的固相先驱块；
9)制备液相先驱块
将Y2O3、CuO和BaCuO2按摩尔比1:6:10配比，用行星球磨机混合均匀，作为液相源先驱粉体；称取上述液相先驱粉体48g，压制成直径40mm的液相先驱块；
10)同时称取5gY2O3压制成与液相直径相同的支撑块。
11)准备若干MgO单晶块；
12)准备Al2O3垫片；
13)垫片1上设置有多个间隔排列单晶块2，所述单晶块2上设置有支撑块3，所述支撑块3上方设置有液相先驱块4，所述先驱块4上方设置固相先驱块5，所述固相先驱块5的上方设置有钕钡铜氧籽晶6。
14)将装配好的先驱块材放入晶体生长炉中，将装配好的坯体放入晶体生长炉中，以80～120℃/h的升温速率升温至900℃，保温10小时；以40～60℃/h的升温速率升至1062℃，保温2.5小时；以60℃/h的降温速率降温至1038℃，以0.1～0.5℃/h的速率慢冷至1018℃，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材。
15)渗氧处理：将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，430～350℃的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。
图24样品表面宏观形貌图；图25是用表面磁场为0.5T的NdFeB永磁体测试的磁悬浮力的分布图，磁悬浮力最大值达到116N；图26是磁场强度是1T的电磁铁磁化后的捕获磁场分布图，捕获磁场最大值达到0.75T。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种纳米粉体，按摩尔数配比是：0摩尔～2摩尔的Y2O3，2摩尔～0摩尔的Gd2O3，8摩尔的BaCO3，2摩尔的CuO，1摩尔的M2O5；该纳米粉体的化学式为YaGd2-aBa4CuMOy，其中a的取值范围是0＜a＜2，M是Nb,U,Ta,Mo,W,Ru,Zr,Bi,Ag。
2.如权利要求1所述的一种纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：准备纯度为99.0％的Y2O3、Gd2O3、BaCO3、CuO、Nb2O5按摩尔比配比混合；
S2：步骤S1中的混合粉置入氧化锆灌中，加入酒精，干湿搅拌后，放入行星球磨机中球磨3h；
S3：将湿混均匀后的粉体倒入玻璃皿中，烘干；
S4：将烘干后的粉放入高温炉中，在温度(T，T＝1050℃，1100℃，1150℃，1200℃，1250℃)烧结24小时，将烧结后的粉体球磨3h；
S5：重复3次步骤4，得到YaGd2-aBa4CuNbOy粉体。
3.一种单畴钆钡铜氧超导块材，其特征在于：所述YaGd2-aBa4CuMOy掺杂量在0<x≤7wt％之间。
4.如权利要求3所述的一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
M1：制备钕钡铜氧籽晶；
M2：制备固相先驱块；
M3：制备液相先驱块；
M4：称取5gY2O3压制成与液相直径相同的支撑块，准备若干MgO单晶块，准备Al2O3垫片；
M5：装配坯体：垫片(1)上设置有多个间隔排列单晶块(2)，所述单晶块(2)上设置有支撑块(3)，所述支撑块(3)上方设置有液相先驱块(4)，所述先驱块(4)上方设置固相先驱块(5)，所述固相先驱块(5)的上方设置有钕钡铜氧籽晶(6)；
M6：将装配好的坯体放入晶体生长炉中，以80～120℃/h的升温速率升温至900℃，保温10小时；以40～60℃/h的升温速率升至1062℃，保温2.5小时；以60℃/h的降温速率降温至1038℃，以0.1～0.5℃/h的速率慢冷至1018℃，随炉自然冷却至室温，得到单畴钆钡铜氧块材；
M7：渗氧处理：将单畴钆钡铜氧块材置入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，430～350℃的温区中慢冷200小时，得到单畴钆钡铜氧超导块材。
5.如权利要求4所述的一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：所述M1：制备钕钡铜氧籽晶的具体过程如下：
M11：Nd123粉体的制备：将Nd2O3与BaCO3、CuO三种粉体按摩尔比1:4:6混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，生成NdBa2Cu3O7-δ(Nd123)粉体；上式中0≤δ≤1；
M12：Nd211粉体的制备：将Nd2O3与BaCO3、CuO三种粉体按摩尔比1:1:1混合均匀，用固态反应法在920℃下经过三次烧结，生成Nd2BaCuO5(Nd211)粉体；
M13：将Nd123粉体与Nd211粉体按质量比1:3混合，再加入8.6wt％的MgO粉体混合均匀，称量混合均匀的粉体30g，压制成直径32mm钕钡铜氧先驱块；在晶体生长炉中进行生长，得到钕钡铜氧块材；取自然解理的钕钡铜氧小方块(2×2×2mm3)作为钕钡铜氧籽晶。
6.如权利要求4所述的一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：所述M2：制备固相先驱块的具体过程是：
M21：将BaCO3与CuO按摩尔比1:1的比例混合均匀，用固态反应法在910℃下经过三次烧结，制成BaCuO2粉体；
M22：固相源粉体由以下组分构成：[(99-x)wt％(Gd2O3+1.2BaCuO2)+xwt％YaGd2- aBa4CuNbOy+1wt％CeO2]，将四种粉体用行星球磨机混合均匀作为固相源先驱粉体；称取上述固相源先驱粉体35g，分别压制成直径32mm的固相先驱块。
7.如权利要求4所述的一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：所述M3：制备液相先驱块的具体过程是：将Y2O3、CuO和BaCuO2按摩尔比1:6:10用行星球磨机混合均匀，作为液相源先驱粉体；称取上述液相先驱粉体48g，压制成直径40mm的液相先驱块。
8.如权利要求3所述的一种单畴钆钡铜氧超导块材的制备方法，其特征在于：所述单畴钆钡铜氧超导块材通过熔渗生长法进行制备。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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