一种纳米复合钇钡铜氧超导块材的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高温铜氧化物超导材料技术领域，具体设及到一种纳米复合锭领铜氧 超导块材的制备方法。
【背景技术】
[0002] 利用顶部巧晶技术引导生长的单畴RE-Ba-Cu-0 (REBCO，RE=Y、Gd、Sm、Nd等）高温 超导块材，有效解决了多晶样品和多畴样品中晶界处存在的"弱连接"现象，能承载更高的 体临界电流，表现出更高的捕获磁通和磁悬浮性能，在微型超导磁体、超导电机、磁悬浮轴 承、储能飞轮和磁悬浮列车等方面具有广阔的应用前景。
[000引通过渗杂REsBa化05前驱粉在REBa2化307_S超导基体中引入弥散分布的细小REsBa化05粒子可W显著提高R邸C0超导块材的磁通钉扎能力。在低场条件下，样品的临 界电流密度Je与Vf21l/d2u成正比（Vf211为RE2帖化0日粒子在REBa2化6超导基体中占的 体积分数，d2ii为REsfe化化粒子的平均粒径)。因此，若要获得更高的Je，必须进一步降低 REsBa^A粒子的尺寸，并使其均匀分布。为此人们曾尝试将纳米级的RE2帖化化前驱粉渗杂 到REBC0超导块材中，然而由于REBa2Cu307_ 6晶体的生长固化过程非常缓慢，REsfeCuOs粒 子在富含RE3+的Ba-化-0液相中会经历严重的Ostwald粗化长大过程，最终样品内捕获的 REsBa化05粒子的平均粒径还是增大到亚微米至1微米之间，无法起到最有效的磁通钉扎作 用。如果超导体内没有足够强的磁通钉扎中屯、，其无阻载流能力就会受到限制，从而导致样 品的捕获磁通和磁悬浮性能偏低，达不到实际应用所需的技术指标。而且较低的磁通钉扎 力也无法阻止高温超导体在液氮温区（77K)工作时因热激活而产生的磁通蠕动，从而出现 捕获磁通和磁悬浮力随时间衰减严重的问题。该些问题的存在严重影响了该类材料的实用 价值及其实用化进程。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种能在超导基体中引入纳米级钉扎中屯、 从而保证样品超导性能的、纳米复合锭领铜氧超导块材的制备方法。
[0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成： (1) 配制固相粉： 将BaO、化0初始粉按摩尔比为1 ;1的比例混合均匀，用固相反应法制成Ba化〇2前驱 粉巧将平均粒径50皿的Y203纳米粉与Ba化02前驱粉按摩尔比为1 ;1的比例混合，同时 添加0. 5%~1. 5% (w/w)的Ce〇2初始粉，混合均匀，作为固相粉； 上述配比中的Ce〇2初始粉直接添加到固相粉中，在烙渗生长过程中起到抑制YsBa化〇5纳米粒子粗化长大、细化YsBa化〇5粒度的作用，保证了纳米复合锭领铜氧超导块材的成功 制备； (2) 配制液相源粉： 将孔2〇3与BaO、化0初始粉按摩尔比为1 ; 10 ; 16的比例混合均匀，作为液相源粉； (3) 压制前驱块： 取固相粉放入圆柱型模具1中，压制成固相块；取液相源粉放入圆柱型模具2中，压制 成液相源块；其中所用固相粉与液相源粉的质量比为1 ;2. 5~3. 5,圆柱型模具2的直径为 比圆柱型模具1大10mm ;再取孔2〇3初始粉放入圆柱型模具2中，压制成厚约2mm的薄片， 作为支撑块； (4) 装配前驱块： 将液相源块、固相块自下而上依次同轴放置在支撑块的正上方，再将一块钦领铜氧巧 晶置于固相块的上表面中屯、位置，完成前驱块的装配； (5) 烙渗生长纳米复合锭领铜氧单畴块材； 将装配好的前驱块放在Al2〇3垫片上，中间隔W 5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入 井式炉中，W每小时300°C的升温速率升温至800~900°C，保温5~15小时；再W每小时 60°C的升温速率升温至1030~1040。保温0. 5~1. 5小时；然后W每小时60°C的降温速 率降温至1000~l〇l〇°C，再W每小时0. 2~0. 5°C的降温速率慢冷至970~980°C，随炉自 然冷却至室温，得到纳米复合锭领铜氧单畴块材； (6) 渗氧处理： 将纳米复合锭领铜氧单畴块材放入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，450~40(TC的 温区中慢冷200小时，得到纳米复合锭领铜氧超导块材。
[0006] 在本发明的配制固相粉步骤（1)中，将平均粒径50nm的Y2化纳米粉与Ba化0 2前驱 粉按摩尔比为1 ;1的比例混合，最佳添加1% (w/w)的Ce〇2初始粉；在压制前驱块步骤（3) 中，所用固相粉与液相源粉的最佳质量比为1 ;3 ;在烙渗生长纳米复合锭领铜氧单畴块材 步骤（5)中，最佳W每小时300°C的升温速率升温至850°C，保温10小时；再W每小时60°C 的升温速率升温至1035°C，保温1小时；然后W每小时60°C的降温速率降温至1005°C，再 W每小时0. 33°C的降温速率慢冷至975°C，随炉自然冷却至室温，得到纳米复合锭领铜氧 单畴块材。
[0007] 本发明采用顶部巧晶烙渗生长（TSIG)方法，通过使用Y2化纳米粉与Ba化0 2前驱 粉、Ce〇2初始粉的混合物充当固相粉，经过高温烙渗及慢冷生长后，在锭领铜氧超导块材内 成功引入纳米级的YsBa化〇5粒子，获得了更高的超导性能。采用了孔2〇3与BaO、化0初始 粉的混合物充当液相源粉，使得整个烙渗生长过程仅需Ba化〇2-种前驱粉，其工艺简单、效 率高。本发明也可用于制备Nd、Sm、Gd等其他系列的纳米复合超导块材。
[0008]
【附图说明】： 图1是实施例1的装配前驱块的示意图；其中1为液相源块，2为固相块，3为支撑块， 4为钦领铜氧巧晶； 图2是实施例1制备的纳米复合锭领铜氧超导块材的表面形貌图； 图3是实施例1制备的纳米复合锭领铜氧超导块材的磁悬浮力曲线； 图4是实施例1制备的纳米复合锭领铜氧超导块材的微观结构图。
[0009]
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于该些实施例。 其中所用到的纳米Y203(平均粒径50皿)、孔2〇3、Ce化、BaO和化0化学原料均有市售。
[0011] 实施例1 (1) 配制固相粉： 取65. 8415g BaO与34. 1585g化0初始粉混合均匀，即BaO与化0初始粉的摩尔比 为1;1，用固相反应法制成Ba化〇2前驱粉；再取39. 3842g Y2〇3纳米粉(平均粒径50皿）与 40. 6158g Ba化〇2前驱粉混合，同时添加0. 8g CeO2初始粉，即Y2〇3纳米粉与Ba化02前驱粉 的摩尔比为1 ;1，同时添加1% (w/w)的Ce化初始粉，混合均匀，作为固相粉； (2) 配制液相源粉： 取9. 8517g孔2〇3与38. 3308g Ba0、31.8175g CuO初始粉混合均匀，即孔2〇3与Ba0、Cu0初始粉的摩尔比为1;10; 16,作为液相源粉； (3) 压制前驱块： 取5g固相粉放入圆柱型模具1 (直径16mm)中，压制成固相块；取15g液相源粉放入圆 柱型模具2 (直径26mm)中，压制成液相源块；即所用固相粉与液相源粉的质量比为1 ;3,圆 柱型模具2的直径为比圆柱型模具1大10mm巧取3g孔2〇3初始粉放入圆柱型模具2 (直 径26mm)中，压制成厚约2mm的薄片，作为支撑块； (4) 装配前驱块： 如图1所示，在图1中，将液相源块1、固相块2自下而上依次同轴放置在支撑块3的正 上方，再将一块钦领铜氧巧晶4置于固相块2的上表面中屯、位置，完成前驱块的装配； (5) 烙渗生长纳米复合锭领铜氧单畴块材； 将装配好的前驱块放在Al2〇3垫片上，中间隔W 5个等高的MgO单晶粒，然后整体放入 井式炉中，W每小时300°C的升温速率升温至850°C，保温10小时；再W每小时60°C的升温 速率升温至1035°C，保温1小时；然后W每小时60°C的降温速率降温至1005°C，再W每小 时0. 33°C的降温速率慢冷至975°C，随炉自然冷却至室温，得到直径16mm的纳米复合锭领 铜氧单畴块材； (6) 渗氧处理： 将纳米复合锭领铜氧单畴块材放入石英管式炉中，在流通氧气气氛中，450~40(TC的 温区中慢冷200小时，得到纳米复合锭领铜氧超导块材。
[0012] 所制备的纳米复合锭领铜氧超导块材，用照相机拍摄表面形貌，照片如图2所示。 由图可见，样品表面四径清楚，且无自发成核现象，说明样品成功生长为单晶畴的超导块 材。
[0013] 应用=维磁场与磁力测试装置对制备的纳米复合锭领铜氧超导块材进行磁悬浮 力性能测试，结果如图3所示。由图可见，样品的最大磁悬浮力为29. 0923N，相应的磁悬浮 力密度为14. 4693N/cm2,说明样品具有优越的超导性能。
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