DK158580B - Fremgangsmaade til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber - Google Patents

Fremgangsmaade til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber Download PDF

Info

Publication number
DK158580B
DK158580B DK357987A DK357987A DK158580B DK 158580 B DK158580 B DK 158580B DK 357987 A DK357987 A DK 357987A DK 357987 A DK357987 A DK 357987A DK 158580 B DK158580 B DK 158580B
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
salts
process according
solvent
temperature
heat treatment
Prior art date
Application number
DK357987A
Other languages
English (en)
Other versions
DK158580C (da
DK357987A (da
DK357987D0 (da
Inventor
Keld Johansen
Erik Pedersen
Original Assignee
Topsoe Haldor As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topsoe Haldor As filed Critical Topsoe Haldor As
Priority to DK357987A priority Critical patent/DK158580C/da
Publication of DK357987D0 publication Critical patent/DK357987D0/da
Priority to EP88305905A priority patent/EP0298646A3/en
Priority to JP63170742A priority patent/JPS6428227A/ja
Publication of DK357987A publication Critical patent/DK357987A/da
Publication of DK158580B publication Critical patent/DK158580B/da
Application granted granted Critical
Publication of DK158580C publication Critical patent/DK158580C/da

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G3/00Compounds of copper
    • C01G3/006Compounds containing, besides copper, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/45Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on copper oxide or solid solutions thereof with other oxides
    • C04B35/4504Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on copper oxide or solid solutions thereof with other oxides containing rare earth oxides
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/01Manufacture or treatment
    • H10N60/0268Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

DK 158580B
Den foreliggende opfindelse angår en særlig fremgangsmåde til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber og den almene formel 1 2 1
(Me ) (Me ) Cu.,0 , hvor Me er et eller flere af metal-P H 3 X
5 lerne yttrium, scandium og de sjældne jordartes metaller, 2
Me er barium og/eller strontium, p er et tal 0,8-2,5, q et tal 0,8-3 og x et tal 5-8,5, ved hvilken fremgangsmåde man danner en homogen blanding af opløselige salte af 1 2
Me , Me og Cu ved at opløse dem i et opløsningsmiddel 10 eller en opløsningsmiddelblanding, hvilke metalsalte man til slut dekomponerer eller omsætter med hinanden i fast tilstand ved forhøjet temperatur.
Det vides at metalkeramiske forbindelser af denne art, der hyppigt betegnes Y-Ba-Cu-0 og hvor metallerne er 15 til stede i oxidisk form, har elektrisk superledende egenskaber ved væsentligt højere temperatur end den der har været kendt for klassiske superledere (op til ca. 23 K), nemlig ved temperatur over kogepunktet for flydende nitrogen ved atmosfæretryk.
20 Selv om metallerne i forbindelser af denne art ty pisk er yttrium, barium og kobber, kan yttrium helt eller delvis være erstattet af scandium og/eller et eller flere lanthanider og barium helt eller delvis af strontium. Kobber er i de hidtil kendte materialer af slagsen obligato-25 risk; det er kendt at de superledende egenskaber forbedres i takt med i hvilken grad kobber er til stede i højere oxidationstrin end 2, fortrinsvis overvejende eller helt i oxidationtrin 3. Kendte materialer af den omhandlede art har fx sammensætningen YBa2Cu3Oz, hvor z er et tal 30 6-8; et kendt lignende materiale er La. nrBa0 ._CuO..
I ;OJ U/ 1 O 4
Oversigter over superledende stoffer af den omhandlede art er bl.a. en artikel af Ron Dagani i Chemical & Engineering News, 11. maj 1987, s. 7-16, og af Ib Johann-sen og Thomas Bjørnholm i Dansk Kemi 5, maj 1987, s. 172— 35 175. I sidstnævnte er der en litteraturfortegnelse.
Det er kendt at sådanne forbindelser kan fremstilles ved en faststofreaktion mellem egnede forbindelser,
DK 158580 B
2 fx oxider, karbonater eller oxalater, i pulverform under en oxygenholdig atmosfære, at reaktionen skal gennemføres under kontrolleret temperaturforløb og at den omgivende atmosfæres sammensætning er af betydning, især partial-5 trykket af oxygen.
J.G. Bednorz og K.A. Muller bemærker således i Z.
Phys. B-Condensed Matter 64, 189-193 (1986), at fremgangsmåden til fremstilling af forbindelser med superledende egenskaber er af afgørende betydning for disse ma-10 terialers superledende egenskaber. Ifølge denne artikel må man nødvendigvis for at fremstille Ba-La-Cu-0 forbindelser med superledende egenskaber foretage cofældning ud fra en oxalatopløsning og ved efterfølgende sintring af oxalaterne ved temperaturer under 950°C.
15 I samme artikel rapporteres det at sintringen af disse materialer ved 1000°C i nærværelse af luft ikke resulterede i de ønskede superledende egenskaber efter dekomponering af de tilsvarende oxalater.
Det fremhæves af Bednorz og Muller at dannelse af 20 de ønskede krystallinske faser med superledende egenskaber, opnås ved intim sammenblanding ved cofældning af de enkelte bestanddele fra en vandig opløsning og efterfølgende sintring af den tørre blanding ved 900°C under reducerende betingelser.
25 Det er ved anvendelse af sådanne fremgangsmåder til fremstilling af superledende stoffer vanskeligt at kontrollere reaktionsbetingelserne præcist nok og tilvejebringe tilstrækkelig intim kontakt mellem reaktanterne til at opnå enfasede produkter med præcis den ønskede 30 sammensætning og med en hensigtsmæssig krystallitstørrelse# idet forskellige salte udviser forskellig opløselighed i et givet opløsningsmiddel, hvorved det mest tungtopløse-lige salt nødvendigvis udfælder først fra opløsningen. En cofældning af forskellige salte vil således indebære ri-35 siko for differentiel udskillelse og føre til faseadskillelse i den udfældede blanding.
Det kan også volde vanskeligheder at gennemføre
DK 158580B
3 den senere kompaktering af det fremstillede krystallinske produkt til emner der som mellemprodukter eller slutprodukter egner sig til direkte udnyttelse af de superledende egenskaber.
5 Det har nu overraskende vist sig at man kan over vinde disse vanskeligheder, såfremt man ifølge opfindelsen termisk spalter saltene samtidig med at opløsningsmidlet eller opløsningsmiddelblandingen fordampes ved hurtig opvarmning i nærværelse af oxygen og ved at man 1 0 samtidig eller efterfølgende underkaster den vundne intime, tørre oxidblanding omsætning ved varmebehandling ved 800-1400°C. Denne afsluttende varmebehandling, der hensigtsmæssigt kan finde sted ved 900-950°C, sikrer den ønskede krystallitstruktur.
15 Som salte kan man i princippet bruge hvilke som helst salte hvis anion ved kalcineringen bortgår i gasform eller danner gasformige stoffer (fx vanddamp). Et andet hensyn gør sig imidlertid også gældende, de skal være nogenlunde letopløselige i det valgte opløsningsmiddel 20 da det er vigtigt at de af støkiometrisk grunde valgte saltmængder opløses fuldstændigt i opløsningsmidlet så opløsningen med sikkerhed er homogen. Meget hensigtsmæssigt er det at anvende vand som opløsningsmiddel, og da ad-skellige af de salte det kan være hensigtsmæssigt at an-25 vende er forholdsvis tungtopløselige i vand og det af nærliggende grunde ønskes at holde opløsningsmiddelmængden så lav som muligt, kan man ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt i mange tilfælde bruge vand med en temperatur nær opløsningens kogepunkt.
30 Særlig hensigtsmæssigt er det ifølge opfindelsen som salte af de tre metaller at bruge nitrater, der som regel vil være lettilgængelige og ved den termiske spaltning (kalcineringen) afgiver nitrogenoxider, der eventuelt kan opfanges og bruges i et salpetersyreanlæg. Netop ved an-35 vendeisen af nitrater er det, såfremt Me skal være barium, vigtigt åt det vand der bruges som opløsningsmiddel er varmt, da bariumnitrats opløselighed i koldt vand
DK 158580B
4 \£s kun er 8,7 g/100 ml, i varmt vand derimod 34,2 g/100 ml. Strontiumnitrat og hexahydraterne af yttriumnitrat og kobbernitrat er derimod letopløselige i koldt vand.
Ifølge opfindelsen kan man som salte af metaller-5 ne Me , Me og Cu også bruge salte med en eller flere kar-boxylsyrer, hensigtsmæssigt ifølge opfindelsen acetater.
Både bariumacetat og strontiumacetat er letopløselige i vand; kobberacetats opløselighed i koldt vand er 7,2 g/ ml, i varmt vand 20 g/ml. Yttriumacetats opløseligehed 10 i varmt vand er 9 g/ml, så det vil forstås at det ved valg af acetater som reaktanter er vigtigt at bruge varmt vand som opløsningsmiddel.
Opløsningsmidlet kan i alle tilfælde indeholde den syre der svarer til saltenes anioner.
15 Ved på denne måde at blande salte af de ønskede metaller i opløsning, fortrinsvis vandig opløsning, opnår man en intim sammenblanding af reaktanter, der giver den tilsvarende intime sammenblanding af oxiderne ved den påfølgende termiske spaltning. Herved afhjælpes vanskelighe-20 der ved kendte faststofreaktioner; det har vist sig meget hensigtsmæssig til fremstilling af enfase-krystal-litter med superledende egenskaber og uden ledsagelse 'af uønskede biprodukter, at gå frem som angivet.
Den termiske spaltning af metalsaltene kan hen-25 sigtsmæssigt ske ved en temperatur på 600-700°C, en temperatur ved hvilken nitrater typisk kalcineres til oxider.
Den afsluttende varmebehandling af de tørre oxider sker hensigtsmæssigt ved ca. 920°C og foretages i en ovn, ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt under luft eller oxygenberi-30 atmosfære, navnlig i rent oxygen, idet man herved har særlig gode muligheder for at sikre at slutproduktet forekommer med en sammensætning hvor Cu i høj grad er til stede i et oxidationstrin på over 2; dette høje oxidationstrin af Cu, især på ca. 3, vides at være fordelagtigt for produktets superledende egenskaber.
DK 158580B
5
Procesteknisk kan det dog ifølge opfindelsen være det enkleste, hvis man ifølge opfindelsen gennemfører den termiske spaltning (kalcineringen) og den afsluttende varmebehandling under ét, i ét procesforløb ved en 5 temperatur i området 800-1400°C. I praksis kan dette mest hensigtmeessigt gøres ved at man drypper opløsningen af metalsaltene ud på en metalflade eller keramisk flade med en temperatur i området fx 900-1500°C.
Afkølingen foretages normalt i samme ovn som den 10 i hvilken man gennemfører den afsluttende varmebehandling og ved at man afbryder varmetilførslen så at afkølingen sker frivilligt og dermed langsomt. Også afkølingen finder helst sted i oxygenberiget atmosfære, især under rent oxygen.
15 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen skal eksemplifi ceres i det følgende.
Eksempel 52.3 g Ba(NO-,)0 opløstes i 414 g varmt H90 90 ^ ^ 11.3 g ^2°3 °pløstes i 31,0 g 65%s HNO^
Disse to opløsninger af metalnitrater blandedes med 107,6 g opløsning af CuiNO^^ indeholdende 17,8 vægt% Cu og der tilsattes 155 g vand.
25
Der blev gennemført grundig gennemblandmg ved en temperatur nær opløsningens kogepunkt, hvorpå opløsningen blev dryppet ind på en flad digel i en ovn ved en temperatur på ca. 650°C. Der indtrådte herved en så hurtigt tørring og spaltning (kalcinering), at der fremkom 30 en homogen blanding af oxiderne af yttrium, barium og kobber.
Den homogene blanding blev derefter underkastet varmebehandling i en ovn under oxygenholdig atmosfære ved 950°C og derefter afkølet langsomt i samme ovn, ligeledes 35 under oxygenholdig atmosfære.
Det således fremstillede materiale var en enfaset superleder med meget veldefinerede kritiske egenskaber.

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber og den almene 12 1 formel (Me ) (Me ) Cu-0 , hvor Me er et eller flere af p q 3 x 2 5 metallerne yttrium, scandium og lanthaniderne, Me er barium og/eller strontium, p et tal 0,8-2,5, q et tal 0,8-3 og x et tal 5 til 8,5, ved hvilken fremgangsmåde man danner en homogen blanding af opløselige salte af 12 . . Me , Me og Cu ved at opløse dem i et opløsningsmiddel 10 eller en opløsningsmiddelblanding, hvilke metalsalte man til slut dekomponerer og/eller omsætter med hinanden i fast tilstand ved forhøjet temperatur, kendetegnet ved at man termisk spalter saltene samtidig med at opløsningsmidlet eller opløsningsmiddelblandingen 15 fordampes ved hurtig opvarmning i nærværelse af oxygen, og ved at man samtidig eller efterfølgende underkaster den vundne intime, tørre oxidblanding omsætning ved varmebehandling ved 800-1400°C.
2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved at man som opløsningsmiddel bruger vand, fortrinsvis vand ved en temperatur nær opløsningens kogepunkt.
3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kende- 1 2 tegnet ved at man som salte af metallerne Me , Me og Cu bruger nitrater.
4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kende- 1 2 tegnet ved at man som salte af metallerne Me , Me og Cu bruger salte med en eller flere karboxylsyrer.
5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved at man som karboxylsyresalte bruger acetater.
6. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, k ende- tegnet ved at den termiske spaltning af metalsaltene i opløsning sker ved en temperatur på 500-1000°C.
7. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kra vene 1 til 5, kendetegnet ved at den termiske 35 spaltning og den afsluttende varmebehandling sker under ét ved en temperatur i området 800-1400°C. DK 158580 B
8. Fremgangsmåde ifølge krav 6 eller 7, kende tegnet ved at den afsluttende varmebehandling af de tørre oxider sker under oxygenberiget atmosfære, fortrinsvis i rent oxygen. 5 10 15 20 25 30 35
DK357987A 1987-07-10 1987-07-10 Fremgangsmaade til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber DK158580C (da)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK357987A DK158580C (da) 1987-07-10 1987-07-10 Fremgangsmaade til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber
EP88305905A EP0298646A3 (en) 1987-07-10 1988-06-29 A process for the preparation of a crystalline compound having superconducting properties
JP63170742A JPS6428227A (en) 1987-07-10 1988-07-08 Manufacture of superconductive crystal compound

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK357987A DK158580C (da) 1987-07-10 1987-07-10 Fremgangsmaade til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber
DK357987 1987-07-10

Publications (4)

Publication Number Publication Date
DK357987D0 DK357987D0 (da) 1987-07-10
DK357987A DK357987A (da) 1989-01-11
DK158580B true DK158580B (da) 1990-06-11
DK158580C DK158580C (da) 1990-11-12

Family

ID=8124491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK357987A DK158580C (da) 1987-07-10 1987-07-10 Fremgangsmaade til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0298646A3 (da)
JP (1) JPS6428227A (da)
DK (1) DK158580C (da)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU3001989A (en) * 1988-05-02 1989-11-02 W.R. Grace & Co.-Conn. Dry monocarboxylate mixtures

Also Published As

Publication number Publication date
EP0298646A2 (en) 1989-01-11
EP0298646A3 (en) 1989-11-15
JPS6428227A (en) 1989-01-30
DK158580C (da) 1990-11-12
DK357987A (da) 1989-01-11
DK357987D0 (da) 1987-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5061683A (en) Process for making superconductors using barium hydroxide
JP3332334B2 (ja) 超伝導体及びその製造方法
EP0423241B1 (en) Process for making superconductors and their precursors
JP4203606B2 (ja) 酸化物超電導厚膜用組成物及び厚膜テープ状酸化物超電導体
JPH01167230A (ja) 超電導体およびその製造方法
DK158580B (da) Fremgangsmaade til fremstilling af en krystallinsk forbindelse med superledende egenskaber
Thomson et al. Reaction sequencing during processing of the 123 superconductor
McHale et al. Simplified preparation of REBa 2 Cu 3 O 7− x via the acetate method
US5162299A (en) Preparation of superconducting oxide precursor materials by pyrolysis from concentrated nitric acid solution
WO1988010515A1 (en) Improved process for making 90 k superconductors
US4906608A (en) Method for preparing superconductors ceramic composition
JP3017777B2 (ja) 超伝導材料の粒子を製造する装置および方法
Peshev et al. Comparative study of some methods of synthesis of the high-Tc superconductor YBa2Cu3O7− x
RU2104939C1 (ru) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА MBa2Cu3Q7-X
Tomashpol'skii et al. 94-K Superconducting yttrium barium cuprate films prepared by spray pyrolysis of methacrylate solutions
JPH02229722A (ja) 噴霧乾燥法による酸化物微粒子の合成法
JPH01270510A (ja) 超電導セラミックスの製造方法
JP2822328B2 (ja) 超伝導体の製造方法
DK158579B (da) Fremgangsmaade til fremstilling af en superledende metalkeramisk krystallinsk forbindelse
EP0408258A2 (en) Aqueous coprecipitation methods for producing high temperature superconducting materials
Sbaizero et al. Production of YBa2Cu3O7− x fibers from acetate solution
DeSisto et al. J. Baglio*, K. Dwight and A. Wold* Department of Chemistry, Brown University Providence, RI 02912* GTE Labs, Inc., Waltham, MA 02254
JPH05101726A (ja) 酸化物超電導線材の製造方法
JPH026304A (ja) 複合酸化物の製造方法
TRETYAKOV et al. Some thermochemical and thermodynamic problems in HTSC-chemistry

Legal Events

Date Code Title Description
PBP Patent lapsed