一種生長rebco高溫超導(dǎo)準單晶體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)材料領(lǐng)域，更具體地，涉及一種生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自REBa2Cu3Ox (簡稱 REBCO、RE123、稀土鋇銅氧，RE = Y、Gd、Sm、Nd 等)超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來，就引起了人們的廣泛關(guān)注。由于其具有完全抗磁性、高臨界電流密度和高凍結(jié)磁場等特性，REBCO超導(dǎo)體在諸如磁懸浮力、磁性軸承、飛輪儲能和永磁體等方面有許多潛在的應(yīng)用。
[0003]對于進一步的科研工作，生長大尺寸、高品質(zhì)的單晶體具有很重要的意義。而傳統(tǒng)制備REBCO單晶體的方法是利用頂部籽晶提拉法，這種方法由于對于坩禍的依賴性從而具有很大的局限性，例如生長大尺寸困難，操作復(fù)雜、對生長條件要求苛刻等。
[0004]反之，頂部籽晶熔滲生長法(TSIG)和頂部籽晶熔融生長法(TSMG)是制備超導(dǎo)塊體材料的常用方法，然而鮮有利用上述兩種方法制備超導(dǎo)準單晶體的報道?，F(xiàn)有的技術(shù)中REBCO準單晶制備采用的是Y123+Iwt % Ce02，這種制備方法因其中含有的固體Y211較少，表面張力作用小，液體流失比較嚴重，導(dǎo)致晶體生長速度慢，生長不完全，導(dǎo)致研發(fā)人員無法進行有效的物性研究及器件的應(yīng)用開發(fā)。
[0005]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的方法，能夠克服頂部籽晶提拉法制備REBCO單晶體的諸多缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的方法，在空氣中熔融織構(gòu)法制備生長無RE211摻雜的REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體，滿足科研和實際工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的方法，包括如下工序:
[0009]a)按照摩爾比Ba:Cu = 2:3制備Ba2Cu3O5粉末；
[0010]b)按 RE203+2Ba2Cu305+(0.3 ?1.5)wt% CeO2的配比制備前驅(qū)體；
[0011]c)將所述前驅(qū)體置于生長爐中以籽晶誘導(dǎo)熔融織構(gòu)法生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體；
[0012]其中，工序b)中的前驅(qū)體為工序a)獲得的Ba2Cu3O5粉末按RE203+2Ba2Cu305+(0.3?1.5)wt% CeOj^比例混合均勻，壓制而成的圓柱形前驅(qū)體。具體地，前驅(qū)體中RE2O3和Ba 2Cu305的摩爾比為1: 2，CeO 2為RE 203和Ba 2Cu305粉末的總質(zhì)量的0.3 ?1.5% ;
[0013]進一步地，工序c)中，所述籽晶置于前驅(qū)體的上表面中心處，以頂部籽晶熔融織構(gòu)生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體。
[0014]優(yōu)選地，所述籽晶采用嵌入式籽晶法壓制成圓柱形前驅(qū)體，并且工序c)中，所述籽晶以嵌入式籽晶法熔融織構(gòu)生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體。
[0015]其中，嵌入式籽晶法壓制成圓柱形前驅(qū)體是指:將Ba2Cu3O5粉末按RE203+2Ba2Cu305+(0.3?1.5)wt% CeOj^配比混合均勻，再壓制形成圓柱形的前驅(qū)體，并在壓制過程中，將籽晶水平固定地嵌入所述前驅(qū)體上表面中央?yún)^(qū)域的內(nèi)部，所述籽晶的誘導(dǎo)生長面位于所述前驅(qū)體的內(nèi)部，且所述誘導(dǎo)生長面的背面與所述前驅(qū)體的上表面共面，形成所述嵌入式籽晶前驅(qū)體。
[0016]進一步地，工序a)包括:第一步驟，按照Ba:Cu = 2:3的摩爾比例將BaCOjP CuO粉末混合，獲得BaC03+Cu0粉料；第二步驟，對所述BaC03+Cu0粉料加入無水乙醇混合均勻后進行濕磨，以獲得BaC03+Cu0漿料，濕磨時間為2-4小時；第三步驟，烘干上一步驟所得的BaC03+Cu0漿料制備Ba2Cu3O5粉末；第四步驟，將上述步驟Ba 2Cu305粉末在空氣中900 °C燒結(jié)48小時并重復(fù)兩次研磨、燒結(jié)過程，最終獲得Ba2Cu3O5粉末。
[0017]進一步地，工序c)的熔融織構(gòu)生長包括以下步驟:使生長爐內(nèi)的溫度在第一時間內(nèi)升至第一溫度；保溫2?5小時；使生長爐內(nèi)的溫度在第二時間內(nèi)降至第二溫度；使生長爐內(nèi)的溫度在第三時間內(nèi)降至第三溫度；最后淬火，獲得REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體。
[0018]進一步地，第一時間為3?10小時，第一溫度高于REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的包晶反應(yīng)溫度30?80°C ;第二時間為15?30分鐘，第二溫度為包晶反應(yīng)溫度；第三時間為10?50小時，第三溫度為低于包晶反應(yīng)溫度5?20°C。
[0019]進一步地，淬火為:將REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體隨爐冷卻。
[0020]進一步地，工序c)的籽晶是NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。
[0021]進一步地，NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶為c軸取向，NdBC0/YBC0/Mg0薄膜籽晶的尺寸為 2_X 2mm。
[0022]進一步地，前驅(qū)體的直徑為15?30mm。
[0023]進一步地，REBCO為 YBC0、NdBCO、SmBCO 或 GdBCO。
[0024]本發(fā)明的有益效果如下:
[0025]1、本發(fā)明引入c軸取向的NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為籽晶，嵌入式籽晶熔融織構(gòu)法誘導(dǎo)生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體，該薄膜籽晶具有很高的熱穩(wěn)定性，其熔點高達1120°C，有利于在高溫度的生長爐內(nèi)保證薄膜結(jié)構(gòu)和組分的完整性，用于成功誘導(dǎo)REBCO材料的外延生長。
[0026]2、本發(fā)明在前驅(qū)體中直接使用摩爾比Ba:Cu = 2:3制備的Ba2Cu3O5粉末，而避免制備RE123粉末，節(jié)約了時間和工藝成本，又能夠保證在整個生長過程中的各元素配比保持RE:Ba:Cu = I:2:3的比例，從而獲得REBCO高溫超導(dǎo)準單晶。
[0027]3、本發(fā)明采用嵌入式籽晶法，提高高溫熔融狀態(tài)下的前驅(qū)體內(nèi)的稀土元素的濃度，從而有效抑制薄膜籽晶中的稀土元素的溶解和擴散，進而保證薄膜在高溫狀態(tài)的結(jié)構(gòu)完整，提高薄膜的熱穩(wěn)定性。另外，通過實驗表明，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當采用嵌入式籽晶法制備本發(fā)明的REBCO高溫超導(dǎo)準單晶時產(chǎn)品的良率更高。
[0028]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
[0029]附圖內(nèi)容
[0030]圖1顯示為本發(fā)明提供的REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的方法的流程圖。
[0031]圖2顯示為本發(fā)明的實施例一的熔融織構(gòu)生長工藝的溫度程序的示意圖。
[0032]圖3顯示為本發(fā)明的實施例一中獲得的YBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的光學(xué)照片。
[0033]元件標號說明
[0034]SlO ?S30 步驟
【具體實施方式】
[0035]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0036]本發(fā)明提供一種生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的方法，如圖1所示，包括如下工序:
[0037]SlO:按照摩爾比 Ba:Cu = 2:3 制備 Ba2Cu3O5粉末。
[0038]S20:按 RE203+2Ba2Cu305+(0.3 ?1.5)wt% CeO2的配比制備前驅(qū)體；其中，RE 203和CeO2為商業(yè)購買，純度為99.99%。
[0039]S30:將所述前驅(qū)體置于生長爐中以籽晶誘導(dǎo)熔融織構(gòu)法生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體。
[0040]其中，前驅(qū)體為獲得的Ba2Cu3O5粉末按 RE 203+2Ba2Cu305+ (0.3 ?1.5) wt % CeOja比例混合均勻，壓制而成的圓柱形前驅(qū)體。具體地，前驅(qū)體中RE2O3和Ba 2Cu305的摩爾比大致為1: 2，CeO2^ RE 203和Ba 2Cu305粉末的總質(zhì)量的0.3?1.5%。
[0041]另外，Ba2Cu3O5粉末通過反復(fù)研磨、燒結(jié)制得，可選地，包括如下工序:第一步驟，按照Ba:Cu = 2:3的摩爾比例將BaCOjP CuO粉末混合，獲得BaCO 3+CuO粉料；第二步驟，對所述BaC03+Cu0粉料加入無水乙醇混合均勻后進行濕磨，以獲得BaC03+Cu0漿料，濕磨時間為2-4小時；第三步驟，烘干上一步驟所得的BaC03+Cu0漿料制備Ba2Cu3O5粉末；第四步驟，將上述步驟Ba2Cu3O5粉末在空氣中900°C燒結(jié)48小時并重復(fù)兩次研磨、燒結(jié)過程，最終獲得Ba2Cu3O5 粉末。
[0042]由此，通過在前驅(qū)體中直接使用摩爾比Ba:Cu = 2:3制備的Ba2Cu3O5粉末，而避免制備RE123粉末，節(jié)約了時間和工藝成本，又能夠保證在整個生長過程中的各元素配比保持RE:Ba:Cu = I:2:3的比例，從而獲得REBCO高溫超導(dǎo)準單晶。
[0043]進一步地，S30中籽晶置于前驅(qū)體的上表面中心處，以頂部籽晶或嵌入式籽晶熔融織構(gòu)生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體。其中，嵌入式籽晶法壓制成圓柱形前驅(qū)體是指:將Ba2Cu3O5粉末按RE203+2Ba2Cu305+(0.3?1.5)wt% Ce(^9配比混合均勻，再壓制形成圓柱形的前驅(qū)體，并在壓制過程中，將籽晶水平固定地嵌入所述前驅(qū)體上表面中央?yún)^(qū)域的內(nèi)部，所述籽晶的誘導(dǎo)生長面位于所述前驅(qū)體的內(nèi)部，且所述誘導(dǎo)生長面的背面與所述前驅(qū)體的上表面共面，形成所述嵌入式籽晶前驅(qū)體。
[0044]需要強調(diào)的是，本發(fā)明采用嵌入式籽晶法，能夠提高高溫熔融狀態(tài)下的前驅(qū)體內(nèi)的稀土元素的濃度，從而有效抑制薄膜籽晶中的稀土元素的溶解和擴散，進而保證薄膜在高溫狀態(tài)的結(jié)構(gòu)完整，提高薄膜的熱穩(wěn)定性。另外，通過實驗表明，相較于頂部籽晶熔融織構(gòu)生長法，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當采用嵌入式籽晶法制備本發(fā)明的REBCO高溫超導(dǎo)準單晶時產(chǎn)品的良率更高。這可能也是因為嵌入式籽晶法，能夠提高高溫熔融狀態(tài)下的前驅(qū)體內(nèi)的稀土元素的濃度，從而有效抑制薄膜籽晶中的稀土元素的溶解和擴散，有利于前驅(qū)體在熔融織構(gòu)生長過程避免組分的偏離。
[0045]進一步地，S30的熔融織構(gòu)生長包括以下步驟:使生長爐內(nèi)的溫度在第一時間內(nèi)升至第一溫度；保溫2?5小時；使生長爐內(nèi)的溫度在第二時間內(nèi)降至第二溫度；使生長爐內(nèi)的溫度在第三時間內(nèi)降至第三溫度；最后淬火，獲得REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體。可選地，第一時間為3?10小時，第一溫度高于REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的包晶反應(yīng)溫度30?800C ;第二時間為15?30分鐘，第二溫度為包晶反應(yīng)溫度；第三時間為10?50小時，第三溫度為低于包晶反應(yīng)溫度5?20°C。
[0046]進一步地，S30的籽晶是NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。其中，NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶為c軸取向，NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶的尺寸優(yōu)選剪切為2mmX2mm。
[0047]本發(fā)明引入c軸取向的NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為籽晶，嵌入式籽晶熔融織構(gòu)法誘導(dǎo)生長REBCO高溫超導(dǎo)準單晶體，該薄膜籽晶具有很高的熱穩(wěn)定性，其熔點高達1120°C，有利于在高溫度的生長爐內(nèi)保證薄膜結(jié)構(gòu)和組分的完整性，用于成功誘導(dǎo)REBCO材料的外延生長。
[0048]實施例1
[0049]—種生長YBCO高溫超導(dǎo)準單晶體的方法，包括如下工序:
[0050]1、按照Ba:Cu = 2:3的摩爾比例將BaCO3和CuO粉末混合，獲得BaCO 3+CuO粉料；
[0051]2、對步驟I所述BaC03+Cu0粉料加入無水乙醇混合均勻后進行濕磨，以獲得BaC03+Cu0漿料，濕磨時間為2-4小時；
[0052]3、烘干步驟2中所