RU2051210C1

RU2051210C1 - High-temperature super-conducting material and method for production thereof

Info

Publication number: RU2051210C1
Authority: RU
Inventors: М.П. Кулаков; Н.Н. Колесников
Original assignee: Институт физики твердого тела РАН
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1995-12-27

Abstract

FIELD: high-temperature superconductors. SUBSTANCE: method for producing synthesized high-temperature superconductor of formula Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ in air involves melting a charge containing Tl₂O₃, CaO, BaO₂ and CuO in a relation of 1:1:2:2, heating the melt to 980-990 C followed by cooling at a constant rate of 1-3 C/h down to 680-660 C and retrieving the crucible from the furnace. The method permits growing monocrystals 3x2x0.2 mm in size. The compound Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ is noted for a high critical temperature of transition into superconducting state (110 K) and for stability of composition with respect to cations. EFFECT: improved functional and operating characteristics. 2 cl

Description

Изобретение относится к новым химическим соединениям, в частности к высокотемпературным сверхпроводящим (ВТСП) материалам в системе Tl-Ba-Ca-Cu-O, и может найти применение в областях техники, использующих сверхпроводники. The invention relates to new chemical compounds, in particular to high-temperature superconducting (HTSC) materials in the Tl-Ba-Ca-Cu-O system, and may find application in the fields of technology using superconductors.

Сверхпроводники в системе Tl-Ba-Ca-Cu-O характеризуются наиболее высокими критическими температурами (Т_с) перехода в сверхпроводящее состояние (80-125 К). Это обуславливает интерес к ним как с технической, так и с научной точки зрения.Superconductors in the Tl-Ba-Ca-Cu-O system are characterized by the highest critical temperatures (T _s ) of the transition to the superconducting state (80-125 K). This causes interest in them both from a technical and scientific point of view.

Наиболее близким к изобретению является ВТСП материал, содержащий Tl, Ba, Ca, Cu и кислород и имеющий формулу Tl₂Ba₂CaCu₂O₈.Closest to the invention is a HTSC material containing Tl, Ba, Ca, Cu and oxygen and having the formula Tl ₂ Ba ₂ CaCu ₂ O ₈ .

Известен также способ получения ВТСП монокристаллов, включающий расплавление шихты, содержащей Tl₂O₃, CaO, BaO₂ и CuO в соотношении 1 1 2 2, разогрев расплава до 950^оС и медленное трехступенчатое охлаждение расплава в потоке кислорода со скоростями 4-7, 80-100 и 130-150^оС/ч в температурных интервалах 950-(750-700), (750-700) (450-400) и (450-400)-20^оС соответственно.Another known process for preparing HTS single crystal comprising melting mixture containing Tl ₂ O _3, CaO, BaO ₂ and CuO in a ratio of 1 1 2 2, heating the melt to 950 ^{° C} and slowly cooling the melt in the three stage oxygen stream with the velocities 4-7 80-100 and 130-150 ^о С / h in the temperature ranges of 950- (750-700), (750-700) (450-400) and (450-400) -20 ^о С, respectively.

Основными отличиями прототипа от предлагаемого решения являются состав ВТСП материала, величина температуры, до которой разогревается расплав в процессе получения монокристаллов, наличие трехступенчатого охлаждения расплава, а также проведение процесса в кислородной атмосфере. Необходимо отметить, что соединение Tl₂Ba₂CaCu₂O₈ характеризуется нестабильностью состава по катионам (были получены монокристаллы Tl_1,96Ba₂Ca_0,9Cu_2,14O₈ и Tl_1,92Ba₂Ca_0,88Cu_2,2O₈). Это может приводить к невоспроизводимости сверхпроводящих характеристик материала.The main differences between the prototype and the proposed solution are the composition of the HTSC material, the temperature to which the melt is heated in the process of producing single crystals, the presence of a three-stage cooling of the melt, and the process in an oxygen atmosphere. It should be noted that the Tl ₂ Ba ₂ CaCu ₂ O ₈ compound is characterized by cationic instability (Tl _1.96 Ba ₂ Ca _0.9 Cu _2.14 O ₈ and Tl _1.92 Ba ₂ Ca _0.88 Cu single crystals were obtained _2.2 O ₈ ). This can lead to the irreproducibility of the superconducting characteristics of the material.

Сущность изобретения состоит в том, что процесс получения ведут в воздушной атмосфере, разогрев расплава проводят до 980-990^оС, охлаждение расплава ведут в одну стадию с постоянной скоростью 1-3^оС/ч до 680-660^оС, а затем сразу извлекают тигель из печи.The essence of the invention lies in the fact that the production process is carried out in an air atmosphere, the melt is heated to 980-990 ^о С, the melt is cooled in one stage with a constant speed of 1-3 ^о С / h to 680-660 ^о С, and then immediately remove the crucible from the furnace.

Предлагаемым способом впервые получено ВТСП соединение Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆. Способ позволяет выращивать монокристаллы размерами до 3 х 2 х 0,2 мм.The proposed method for the first time obtained HTSC compound Tl _1.85 Ba ₂ Ca _0.02 Cu _1.15 O ₆ . The method allows to grow single crystals up to 3 x 2 x 0.2 mm in size.

Предлагаемые параметры процесса выбраны экспериментально. Отклонение параметров процесса от предложенных делает невозможным синтез ВOСП соединения Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆. Это, вероятно, объясняется переходом процесса в другую область сложной четверной диаграммы состояния Tl₂O₃ CaO BaO₂ CuO, соответствующие сечения которой в настоящее время практически не исследованы.The proposed process parameters are selected experimentally. The deviation of the process parameters from the proposed makes it impossible to synthesize VOSP compounds Tl _1.85 Ba ₂ Ca _0.02 Cu _1.15 O ₆ . This is probably explained by the transition of the process to another region of the complex four-state diagram of the state of Tl ₂ O ₃ CaO BaO ₂ CuO, the corresponding cross sections of which have not been practically studied at present.

Полученное новое вещество расширяет ассортимент ВТСП материалов. Высокая критическая температура перехода сверхпроводящее состояние Т_с 110 К, которой характеризуется соединение Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆, ставит его в один ряд с наилучшими ВТСП материалами. Кроме того, соединение Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ характеризуется стабильностью состава по содержанию катионов, обеспечивающей воспроизводимость его сверхпроводящих свойств, что подтверждается приведенными испытаниями. Анализ состава выращенных монокристаллов производили с помощью локального рентгеноспектрального анализа. Стандартное отклонение анализов в точках не выше 5%
Предлагаемый способ получения проще по сравнению со способом-прототипом, так как охлаждение проводится в одну стадию и не требуется продувка печи кислородом.The resulting new substance expands the range of HTSC materials. The high critical transition temperature of the superconducting state T _with 110 K, which is characterized by the compound Tl _1.85 Ba ₂ Ca _0.02 Cu _1.15 O ₆ , puts it on a par with the best HTSC materials. In addition, the compound Tl _1.85 Ba ₂ Ca _0.02 Cu _1.15 O _{6 is} characterized by the stability of the composition according to the cation content, ensuring the reproducibility of its superconducting properties, which is confirmed by the above tests. The analysis of the composition of the grown single crystals was performed using local X-ray spectral analysis. Standard deviation of analyzes at points not higher than 5%
The proposed method of obtaining easier in comparison with the prototype method, since cooling is carried out in one stage and does not require purging of the furnace with oxygen.

Исследована также структура Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆. Установлено, что это соединение имеет тетрагональную кристаллическую решетку с параметрами а 3,8686

и с 23,2593

.The structure of Tl _1.85 Ba ₂ Ca _0.02 Cu _1.15 O _{6 was} also studied. It was established that this compound has a tetragonal crystal lattice with parameters a 3.8686

and from 23,2593

.

П р и м е р. Смесь порошков Tl₂O₃, CaO, BaO₂ и CuO, взятых в соотношении 1 1 2 2, загружают в керамический тигель, который помещают в электропечь. Загрузку расплавляют и расплав разогревают до 980^оС, после чего охлаждают расплав со скоростью 2^оС/ч до 680^оС и извлекают тигель. Весь процесс проводят в воздушной атмосфере. В тигле образуется закристаллизованная масса с кавернами объемом до 1 см³. Из каверн извлекают монокристаллы Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ размерами до 3 х 2 х 0,2 мм с Т_с 110 К.PRI me R. A mixture of powders of Tl ₂ O ₃ , CaO, BaO ₂ and CuO, taken in the ratio 1 1 2 2, is loaded into a ceramic crucible, which is placed in an electric furnace. The batch is melted and the melt was heated to 980 ^{° C,} whereupon the melt is cooled at 2 ^o C / hour to 680 ^{° C} and the crucible is extracted. The whole process is carried out in an air atmosphere. A crystallized mass is formed in the crucible with caverns up to 1 cm ^{3 in} volume. Tl _1.85 Ba ₂ Ca _0.02 Cu _1.15 O ₆ single crystals with sizes up to 3 x 2 x 0.2 mm with T _with 110 K are extracted from the caverns.

Claims

1. High temperature superconducting material containing Tl, Ba, Ca, Cu and oxygen, characterized in that it has a composition corresponding to the formula Tl ₁ _, ₈ ₅ Ba ₂ Ca ₀ _, ₀ ₂ Cu ₁ _, ₁ ₅ O ₆ .

2. A method of obtaining a high-temperature superconducting material, comprising heating and melting a mixture containing Tl ₂ O ₃ , CaO, BaO ₂ and CuO, taken in a molar ratio of 1 1 2 2, and subsequent crystallization by cooling the melt in a crucible under an oxygen-containing atmosphere in an oven, characterized in that the process is conducted in an air atmosphere, heating is carried out to a melt temperature of 980 990 ^° C, and cooling is carried out at a speed of 1 3 deg / h to 660 680 ^° C, after which the crucible is removed from the furnace.