CN1800093A - 一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法。涉及一种用于在超导磁悬浮列车、超导轴承、飞轮储能系统、超导电机转子等方面具有潜在的实用性的材料的制备方法。其特征在于是采用单籽晶作引导、将前驱粉粉末熔化定向生长单畴DyBCO超导块材的。采用本发明的方法,可以制备出尺寸为直径10~20mm,厚度10~15mm的单畴DyBCO超导块材,最高磁悬浮力密度可以达到6N/cm2 (77K,0.5T)。并且该熔融工艺相对简单易行,可重复性强,采用本发明制备的DyBCO超导块材具有很好的工程实际应用价值。
Description
技术领域
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法。涉及一种用于在超导磁悬浮列车、超导轴承、飞轮储能系统、超导电机转子等方面具有实用性的材料的制备方法。
背景技术
镝钡铜氧DyBCO超导体材料具有比钇钡铜氧超导体(简称YBCO超导体)材料较高的临界转变温度和不可逆场,而且其捕获磁通性能远高于永久磁体而被认为在超导磁悬浮列车、飞轮储能系统、磁轴承、超导永磁体等方面具有潜在的工程应用价值。过去已有制备高Jc稀土氧化物超导体的粉末熔化处理法的技术和专利[ZL 90 1 02211.X],这种方法是将Y2BaCuO5和BaCuO相按YBa2Cu3O7-δ比例混合制成棒状,棒状样品在区熔炉中定向移动生长,样品的尺寸在Φ(1~5mm)×(30~100mm)之间,由于其最高熔化温度低,成份不会产生明显偏析,同时材料中存在着大量均匀分布的细小Y2BaCuO5颗粒,在这些小颗粒周围产生了许多能起磁通钉扎作用的晶体缺陷,有利于YBCO超导体性能的提高。
同样制备镝钡铜氧DyBCO超导体材料,提高块材的尺寸,降低制备时粉末的熔化温度对减少成份偏析产生、在材料引入均匀分布的细小颗粒,在这些小颗粒周围产生的许多能起磁通钉扎作用的晶体缺陷,有利于镝钡铜氧DyBCO超导体性能的提高。寻找满足上述要求、且工艺简单的方法显得十分重要。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种工艺相对简单、制备时粉末的熔化温度低、能在材料中引入均匀分布的细小颗粒的DyBCO单畴超导块材的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于是采用单籽晶作引导,将前驱粉粉末熔化定向生长单畴DyBCO超导块材的。
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于前驱粉是将Dy2BaCuO5、BaCuO2和CuO粉末按Dy∶Ba∶Cu=1∶2∶3的摩尔比混合均匀制得的。
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于在前驱粉中添加有为前驱粉重量0.5%-1%的CeO2。
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于是采用顶部籽晶法、粉末熔化工艺定向生长织构DyBCO块材的,其工艺过程和条件:为混均的前驱粉压制成圆块状的样品在1070℃温度熔化,保温3~4个小时,从凝固温度开始以缓慢冷却速度生长单畴形貌的DyBCO块材。
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于是采用NdBaCuO作为籽晶,将NdBaCuO籽晶置于前驱粉压制成圆块状的样品表面中心位置,引导DyBCO块材定向生长单畴的。
本发明的方法,将Dy2BaCuO5(Dy211相)、BaCuO2(011相)和CuO相按Dy∶Ba∶Cu=1∶2∶3的摩尔比混合制备前驱粉,并且添加了适量CeO2,有效降低了第二相粒子Dy211相的尺寸。采用NdBaCuO作为籽晶,将NdBaCuO籽晶置于块材样品的表面中心位置,引导DyBCO块材定向生长单畴。将块材样品置于高温炉中,在熔化温度1070℃左右,保温3~4个小时,保证样品充分熔化,然后从凝固温度开始缓慢冷却,定向生长成具有较好单畴织构形貌的DyBCO块材。
本发明是一种制备单畴镝钡铜氧(简称DyBCO)超导块材的方法。采用了顶部籽晶粉末熔化法来制备单畴DyBCO超导块材,所采用的粉末熔化法降低了DyBCO块材的最高熔化温度,使得DyBCO块材的定向生长避免在过高温区进行,在生长中更容易控制熔化和生长温度。另一方面,在前驱粉中添加了过量Dy2BaCuO5(简称Dy211)和适量的CeO2,使Dy211粒子细小而均匀分布,从而增加了产生磁通钉扎的晶体缺陷密度,提高了超导临界电流密度Jc。更重要的是,我们引入顶部籽晶法促使DyBCO样品在高温炉中更容易定向生长为大尺寸的单畴块材,增大了DyBCO超导块材的尺寸,从而提高了此类超导材料的实用性。
采用本发明的方法,可以制备出尺寸为直径10~20mm,厚度10~15mm的单畴DyBCO超导块材,最高磁悬浮力密度可以达到6N/cm2(77K,0.5T)。并且该熔融工艺相对简单易行,可重复性强,采用本发明制备的DyBCO超导块材具有很好的工程实际应用价值。
具体实施方案
一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,首先将Dy2BaCuO5(Dy211相),BaCuO2(011相)和CuO相按Dy∶Ba∶Cu=1∶2∶3的摩尔比混合,添加CeO2,研磨均匀,压制成圆块状样品;采用NdBaCuO作为籽晶,将NdBaCuO籽晶置于块材样品的表面中心,引导DyBCO超导块材的定向生长。将DyBCO超导块材置于高温炉中,在1070℃的熔化温度,保温3~4个小时,保证样品充分熔化,然后从凝固温度开始缓慢冷却,定向生长为具有较好单畴组织形貌的DyBCO块材。
实例1
将Dy211相,011相和CuO相粉末按Dy∶Ba∶Cu=1∶2∶3的摩尔比例混合,添加占总配料量重量百比为1%的CeO2,将配好的粉末充分研磨、混合均匀,压制成Φ20×18mm的圆块,压力为10MPa。将DyBCO块材样品放置于高温炉中,在块材表面放置NdBaCuO籽晶。使DyBCO块材样品在1070℃的熔化温度,保温4个小时,使样品充分熔化,然后从1050℃的凝固温度开始以1℃/h的速度缓慢冷却,在NdBaCuO籽晶的引导下定向生长成具有较好织构的单畴DyBCO块材。最后在500℃,氧压1MPa的高压氧下退火处理。这种DyBCO超导块材磁悬浮力密度达到6N/cm2(用于磁悬浮力测试的永磁体为Φ18mm,O.5T,77K,ZFC,超导块与磁体间距0.5mm),捕获磁通为2000Gs(77K,外加磁场4T,Hall测试仪)。
实例2
将Dy211相,011相和CuO相粉末按Dy∶Ba∶Cu=1∶2∶3的摩尔比例混合,添加0.8%的CeO2,将配好的粉末充分研磨、混合均匀,压制成Φ20×18mm的圆块,压力为10MPa。将DyBCO块材样品放置于高温炉中,在块材表面放置NdBaCuO籽晶。DyBCO块材样品在1070℃的熔化温度,保温3个小时,使样品充分熔化,然后1050℃的凝固温度开始以1℃/h的速度缓慢冷却,在NdBaCuO籽晶的引导下定向生长成具有较好织构的单畴DyBCO块材。最后在500℃,氧压1MPa的高压氧下退火处理。这种DyBCO超导块材磁悬浮力密度达到5N/cm2(用于磁悬浮力测试的永磁体为Φ18mm,0.5T,77K,ZFC,超导块与磁体间距0.5mm),捕获磁通为1200Gs(77K,外加磁场4T,Hall测试仪)。
实例3
将Dy211相,011相和CuO相粉末按Dy∶Ba∶Cu=1∶2∶3的摩尔比例混合,添加0.5%的CeO2,将配好的粉末充分研磨、混合均匀,压制成Φ20×18mm的圆块,压力为10MPa。将DyBCO块材样品放置于高温炉中,在块材表面放置NdBaCuO籽晶。DyBCO块材样品在1070℃的熔化温度,保温4个小时,使样品充分熔化,然后从1050℃的凝固温度开始以1℃/h的速度缓慢冷却,在NdBaCuO籽晶的引导下定向生长成具有较好织构的单畴DyBCO块材。最后在500℃,氧压1MPa的高压氧下退火处理。这种DyBCO超导块材磁悬浮力密度达到4.5N/cm2(用于磁悬浮力测试的永磁体为Φ18mm,0.5T,77K,ZFC,超导块与磁体间距0.5mm),捕获磁通为1000Gs(77K,外加磁场4T,Hall测试仪)。
Claims (5)
1.一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于是采用单籽晶作引导、将前驱粉粉末熔化定向生长单畴DyBCO超导块材的。
2.根据权利要求1所述的一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于前驱粉是将Dy2BaCuO5、BaCuO2和CuO粉末按Dy∶Ba∶Cu=1∶2∶3的摩尔比混合均匀制得的。
3.根据权利要求1所述的一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于在前驱粉中添加有为前驱粉重量0.5%-1%的CeO2。
4.根据权利要求1所述的一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于是采用顶部籽晶法、粉末熔化工艺定向生长织构DyBCO块材的,其工艺过程和条件:为混均的前驱粉压制成圆块状的样品在1070℃温度熔化,保温3~4个小时,从凝固温度开始以缓慢冷却速度生长单畴形貌的DyBCO块材。
5.根据权利要求1所述的一种制备单畴镝钡铜氧超导块材的方法,其特征在于是采用NdBaCuO作为籽晶,将NdBaCuO籽晶置于前驱粉压制成圆块状的样品表面中心位置,引导DyBCO块材定向生长单畴的。
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