RU1526290C - Способ получени высокотемпературного сверхпровод щего материала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к получению высокотемпературных сверхпроводников на основе метап- лооксидов и может быть использовано в микроэлектронике . Обеспечивает получение материала в виде поли1 зиаалла увеличенных размеров и высокой плотност  Способ включает нагрев смеси оксидов в следующем соотношении, моп%: J О 7 - 8; ВаО 35 - 36; СиО - оаальное. Затем ведут нагрев до плавлени  г 1280 - 1300° С. Расплав выдерживают в течение 10 - 12 ч охлаждают со скоростью 5 - до 1200 - , после чего из него отдел ют лоликриаала Получают материал JBa Си О . с температурой сверхпровод щего перехода ,6 К и щириной перехода 1,1 К Плотность 6,4 6,4 г/см, размер слитка - диаметр 15 - 20 мм, толщина 2 - 3 мм. 2 иа 1 таба

Description

Изобретение относитс  к получению высокотемпературных сверхпроводников на основе металлооксидов и может быть использовано при разработке новых устройств микроэлектроники. Цель 5 изобретени  - получение материала в виде поликристалла увеличенных размеров и высокой плотности.

На фиг. 1 приведена фотографи  пласти- - Q ны размерами 20 X 10 X 2 мм, вырезанна  из полученного поликристалла сверхпровод щего материала; на фиг.2 - график зависимости удельного сопротивлени  текстуированного поликристалла от темпе- 5 ратуры измеренного зондовым методом.

В таблице приведены данные режимов получени  и свойств сверхпровод щего материала по предлагаемому способу и известным способом.20

Способ реализован на стандартном ро- стовом оборудовании.

Предлагаемый способ включает следующую последовательность операций: смешивают исходные компоненты оксидов; 25 нагревают смесь до 1250-1300°; выдерживают расплав в течение 10-12 ч; охлаждают до 1200-1210 С со скоростью 5-25°С/ч; затем извлекают его из расплава и охлаждают др комнатной температуры.30

П р и и е р. В платиновый цилиндрический тигель высотой 50 мм и диаметром 50 мм загружают смесь оксидов в соотношении , мол.%: 7,5 У2Оз; 35,5 ВаО и 57,5 СиО в количестве 200 г общей массы. Тигель со, 35 смесью помещают в электропечь сопротивлени  с терморегул тором РИФ-101, нагревают со скоростью 100 С/ч до 800°С и выдерживают 1 ч дл  обеспечени  протекани  реакции разложени  ВаСОз ВаО + 40 +С02, затем с той же скоростью нагревают до , при этом расплавл ют и расплав выдерживают при указанной температуре 12 ч дл  полной гомогенизации, затем ох- лаждаютсоскоростью5°С/ч до 1210°С. На 45 поверхности расплава кристаллизуют слой поликристаллического материала, который затем механически платиновым держателем извлекают из расплава и охлаждают до комнатной температуры за 12-15 ч.gQ

В результате получают поликристаллический слиток высокотемпературного сверхпровод щего материала размерами 15-20 мм в диаметре и 2-3 мм толщиной, что намного превосходит размеры сверхпрово- 55 д щего материала по прототипу и с плотностью , превосход щей плотность материала по аналогам.

Другие примеры реализации способа и значени  параметров материала приведены

в таблице. Как следует из таблицы, выход за граничные значени  за вл емых параметров не обеспечивает достижени  поставленной цели (примеры 4-12) и по сравнению с известными (примеры 13 и 14) предлагаемый способ обеспечивает увеличение размеров сверхпровод щего материала, более, чем в 200 раз, при этом плотность поликристаллического материала достигает плотности монокристалла.

Способ обеспечивает получение сверхпровод щего материала с плотностью, на 10% превышающей плотности керамических образцов и содержанием основной фазы 97%.

Нагрев смеси компонентов до 1260- 1300°С и выдержка расплава в течение 10- 12 ч обеспечивают полное расплавление всех компонентов и получение гомогенного расплава с физико-химическими свойствами (значени ми растворимости, в зкости и др.), необходимыми дл  проведени  кристаллизации материала только фазы УВазСизОт- б с высокой плотностью.

Охлаждение расплава со скоростью 5- 25°С/ч до 1200-1210°С обеспечивает кристаллизацию на его поверхности сло  текстурированного поликристаллического материала с высокой плотностью. При этом обеспечиваетс  увеличение размеров материала за счет разращивани  сло  по диаметру и толщине. Материал представл ет собой монолитную массу, состо щую из кристаллов размерами 30-50 мкм, котора  в целом обладает сверхпровод щими свойствами. Концентраци  основного вещества в материале составл ет 95-97%.

Прекращение процесса кристаллизации при 1200-1210°С и извлечение материала из расплава (слой, образованный на поверхности, еще не примерз к стенкам тигл ) обеспечивает целостность размеров поликристаллического материала, так как при этом исключаетс  операци  выбивани  йот- делени  этого сло  материала от застывшего раствора - расплава.

Размеры поликристаллического слитка составл |0т: диаметр 15 мм, толщина 2-3 мм, что намного превосходит размеры сверхпровод щего материала в виде монокристаллических пластинок с высокой плотностью по прототипу. Получаемый сверхпровод щий материал обладает повышенной плотностью. Значение плотности достигает величины 6,4 г/см . что соответствует расчетному значению плотности материала (монокристалла) и-подтверждено рентгеновскими исследовани ми, Полученный по предложенному способу материал

 вл етс  текстурированным поликристаллом .

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение высокотемпературного сверхпровод щего материала с вы- сокой плотностью и размерами, превосход щими размеры монокристалли- ческих материалов с аналогичной плотностью , и по величине плотности получаемый материал превосходит плотность высоко- температурных сверхпровод щих керамических материалов более чем на 10%.

Выход за предельные значени  за вл емых параметров не обеспечивает достижени  поставленной цели.

Изменение соотношени  смешиваемых компонентов в сторону приближени  к сте- хиометрическому составу УВа2Сиз07- приводит к инконгруэнтному плавлению смеси (увеличение процентного содержа- ни  оксидов иттри  и бари  и уменьшение содержани  оксида меди);

Изменение соотношени  смешиваемых компонентов в ctopoHy увеличени  содержани  оксида меди не обеспечивает кри- сталлизацию на поверхности расплава поликристаллического сло  материала с высокой плотностью.

Нагрев смеси компонентов до температуры , превышающей 1300°С. приводит к ин- тенсивному испарению раствора-расплава (в основном оксида меди) и быстрому изменению исходного соотношени  компонентов , нагрев смеси компонентов до температуры ниже 1280°С не обеспечивает полного растворени  всех компонентов и получени  гомогенного раствора-расплава с физико-химическими свойствами, необходимыми дл  проведени  кристаллизации.

Выдержка раствора-расплава в течение времени меньше 10-12 ч не обеспечивает

полного завершени  протекани  химиче ских реакций комплексообразовани  в растворе-расплаве , а выдержка в течение времени, превышающем указанные величины , нецелесообразна из-за удлинени  технологического цикла.

Охлаждение расплава со скоростью. превышающей 25 С/ч, приводит к захвату маточного расплава кристаллизующимс  веществом, что приводит к уменьшению плотности материала и ухудшению сверхпровод щих свойств, охлаждение расплава со скоростью менее 5°С/ч обуславливает обра вание многих центров кристаллизации , которые разрастаютс  независимо друг от друга, что не дает возможности образовыватьс  на поверхности расплава поликристаллическому слою материала с высокой плотностью.

Прекращение процесса кристаллизации при температуре выше 1210°С нецеле- сообра зно, так как завершаетс  разращивание поликристаллического сло  на поверхности расплава, а при температурах ниже 1200°С кристаллизовавшийс  слой примерзает к стенкам тигл  и его невозможно извлечь.

Образцы материала механически прочные с повышенной твердостью, легко обрабатываютс  - шлифуютс , полируютс . Температура сверхпровод щего перехода 93,6 К, ширина перехода 1,1 К.

Материал не тер ет сверхпровод щих свойств при многократном термоциклиро- вании.

(56) M.A.Damento at af. Preparation of single crystals of superconducting YBazCuaO from CuO melts, - Appl. Phys. Lett, 1987. v. 51, № 9, p.690-691.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, включающий нагрев смеси оксидов Y203, ВаО и СиО на воздухе до плавлени  и охлаждение расплава, отличающийс  тем, что. с целью получени  материала в виде поликристалла увеличенных размеров и высокой плотности, оксиды в

   смеси берут в соотношении, мол.%; 2 Y2037-8

   ВаО35-36

   СиООстальное

   нагрев ведут до 1280 - 1300 С, расплав выг 2рдерживают в течение 10 - 12 ч, охлаждают со скоростью 5 - 25 С / ч до 1200 - 1210 С, после чего из него извлекают поликристалл .

   f-Ю Ом-СН

   4t с л

   ВО 100 11(0 т 220 260 Т,К

   фщ.2