專利名稱：用BaCeO₃摻雜提高YBaCuO超導(dǎo)體性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過納米顆粒摻雜提高釔鋇銅氧(YBaCuO)超導(dǎo)塊材 性能的方法。
背景技術(shù)：
YBaCuO超導(dǎo)塊的成份以YBa2Cii307.y超導(dǎo)相(123相)為主，添加一 定量的Y2BaCu05《非超導(dǎo)相(211相)。添加非超導(dǎo)的211相的主要目的 是防止單疇超導(dǎo)塊生長(zhǎng)過程中液相的流失。YBaCuO超導(dǎo)塊通過包晶反應(yīng) 生成c軸擇優(yōu)取向的晶體結(jié)構(gòu)，最終產(chǎn)物中具有大量顆粒狀的211相被俘 獲在層狀123相基體中的特征。大量工藝研究的結(jié)果證實(shí)，細(xì)小的211相 顆粒彌散分布在123相基體中可以增加超導(dǎo)材料的磁通釘扎能力，從而提 高超導(dǎo)材料的性能。通常細(xì)化211相顆粒的方法是在YBaCuO的先驅(qū)粉末 中摻雜0.2 wt。/。 0.5wty。的鉑粉(Pt)。由于Pt是價(jià)格昂貴的貴金屬元素， Pt的摻雜增加了 YBaCuO超導(dǎo)塊的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用BaCe03摻雜提高YBaCuO超導(dǎo)體性能的 方法，可以進(jìn)一步細(xì)化單疇YBaCuO超導(dǎo)塊中211顆粒，從而提高超導(dǎo)材 料臨界電流密度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案
一種用BaCe03摻雜提高YBaCuO超導(dǎo)體性能的方法，將平均粒度為 lnm 100 nm的BaCe03粉末加入YLsBa2.4Cu3.40y粉末中，經(jīng)球磨混合均 勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG) 生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊，其中，BaCe03粉末加入量為 YuBa2.4Cii3.40y粉末的0.25wt% 1.00wt%。
本發(fā)明所采用的球磨混合、單軸模壓成型、頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生 長(zhǎng)工藝(TSMTG)均為公知工藝。
采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG)，其中，TSMTG是 頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝英文Top Seeded Melt Textured Growth的 縮寫。本發(fā)明采用納米數(shù)量級(jí)粒度的BaCe03替代Pt摻雜在YBaCuO先驅(qū)粉中，采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG)的工藝參數(shù)沒有變化。
使用微米數(shù)量級(jí)粒度的BaCe03替代Pt可以取得良好的效果，有細(xì)化 211相顆粒和提高性能的作用，但總體效果不如Pt。納米級(jí)粒度即平均粒 度為lnm 100 nm的BaCe03摻雜在YBaCuO先驅(qū)粉中制備單疇YBaCuO 超導(dǎo)塊，可以進(jìn)一步細(xì)化211相顆粒從而進(jìn)一步提高超導(dǎo)塊的性能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明用納米粒度的BaCe03摻雜在YBaCuO先驅(qū) 粉中，摻雜量為0.25wt"/。 1.00wt%。用其制備的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊的 臨界電流密度均高于未摻雜的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊。摻雜量為0.50wt。/。的 超導(dǎo)塊的臨界電流密度達(dá)到了摻雜0.2wt。/。貴金屬Pt樣品的同等水平。


圖1為不同含量BaCe03摻雜樣品(A、 B、 C)的臨界電流義與磁場(chǎng) S的關(guān)系及其與未摻雜樣品D和摻Pt樣品E的比較圖。
具體實(shí)施例方式
將相對(duì)于YL8Ba2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉末的0.25wt。/。 1.00wt。/。的平均粒度 為lnm 100nm的BaCe03加入Y,.8Ba2.4Cu3.40y粉末中，放入瑪瑙罐中用瑪 瑙球研磨。按300 400目研磨粒度配球，球料重量比約為l: 1.2，研磨時(shí) 間約4小時(shí)。經(jīng)球磨混合均勻后，用150MPa的壓強(qiáng)單軸模壓成型。再采 用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(Top Seeded Melt Textured Growth,縮 寫為TSMTG工藝)生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊。TSMTG工藝過程 和具體參數(shù)如下將c軸取向的SmBaCuO或NdBaCuO小晶體放在模壓 成型的圓柱狀YBaCuO塊的頂表面中心位置，保持其c軸與園柱狀材料的 對(duì)稱軸平行。將帶有籽晶的成型塊放入加熱爐中，以25(TC 35(TC/小時(shí) 的速率快速升溫至1050°C±5°C，保溫1 2小時(shí)后以400。C 60(TC/小時(shí) 的速率快速降溫至1010°C 1015°C，再以0.3 0.5 。C/小時(shí)的速率緩慢 降溫至975°C±5°C，然后以100 20(TC/小時(shí)的速率冷卻到室溫，使 YBaCuO塊經(jīng)歷部分熔化后再凝固的過程，生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo) 塊。
實(shí)施例l
將平均粒度為60 nm的BaCe03粉按相對(duì)于YuBa2.4Cu3.4Oy先驅(qū)粉末 0.25wt。/o，0.50wt。/o和LOOwt。/o的比例分別加入YL8Ba2.4Cu3.40y先驅(qū)粉末中，2007 BaCe03粉的經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔 融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG)生成三種不同成分的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊A、 B禾口 C。
從A、 B和C三種超導(dǎo)塊上取樣，分別測(cè)量其在77K溫度下的臨界電 流密度(A),結(jié)果顯示于圖l。在0 2T的測(cè)量磁場(chǎng)范圍內(nèi)，樣品B (摻 雜量為0.50wt。/。)的義最高，樣品A (摻雜量為0.25 wt%)次之，樣品 C (摻雜量為1.00 wt %)最低。在1.0 T磁場(chǎng)下A、 B樣品的義均為 1.3xl04A/cm2， C樣品為1.0xl04A/cm2;在2.0 T磁場(chǎng)下B樣品的義仍然接 近1.0xl04A/cm2，而A樣品和C樣品分別下降為0.4x104A/cm2和 0.2xl04A/cm2。上述3種樣品的Je與未摻雜樣品D相比，均有不同程度的 提高。其中摻雜0.50wtQ/。 BaCe03的效果最好，達(dá)到摻雜0.2wt%Pt樣品E 的同等水平。 實(shí)施例2
采用和實(shí)施例1相同的方法，將平均粒度為20 nm的BaCeCb粉按相 對(duì)于Y,.8Ba2.4Cu3.40y先驅(qū)粉末0.25wt%， 0.50wt。/。和1.00wt。/。的比例分別加 入Y,.8Ba2.4Cu3.40y先驅(qū)粉末中，BaCe03粉的經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸 模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG)生成三種不 同成分的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊A' 、B'和C'。平均粒度為20 nm的BaCe03 摻雜效果與上述平均粒度為60 nm的摻雜效果相當(dāng)。 實(shí)施例3
采用和實(shí)施例1相同的方法，將平均粒度為90 nm的BaCe03粉按相 對(duì)于YuBa2.4Cu3.40y先驅(qū)粉末0.25wt%， 0.50wt。/。和1.00wt。/。的比例分別加 入YuBa2.4Cu3.40y先驅(qū)粉末中，BaCe03粉的經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸 模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG)生成三種不 同成分的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊A"、B"和C"。平均粒度為90 nm的BaCe03 摻雜效果與上述平均粒度為60 nm的摻雜效果相當(dāng)。
比較例l
將YL8Ba2.4Ol3.40y粉末用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織
構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG)生成單疇YBaCuO超導(dǎo)塊D。
從D超導(dǎo)塊上取樣，測(cè)量其在77K溫度下的臨界電流密度(A)，結(jié) 果也顯示于圖l。在1.0T磁場(chǎng)下義為0.7xl(^A/cm2，在2.0T磁場(chǎng)下義下
5降至0.1xl(^A/cn^以下。在0 2T的測(cè)量磁場(chǎng)范圍內(nèi)，樣品D的義均低 于摻雜納米BaCe03的樣品。 '
比較例2
將Pt粉按0.2wt。/。的比例加入Y,.8Ba24Cu3.40y先驅(qū)粉末中，經(jīng)球磨混 合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝 (TSMTG)生成單疇YBaCuO超導(dǎo)塊E。
從E超導(dǎo)塊上取樣，測(cè)量其在77K溫度下的臨界電流密度(義)，結(jié) 果也顯示于圖l。在1.0T磁場(chǎng)下^為1.3xl04A/cm2，在2.0T磁場(chǎng)下4為 1.0xl04A/cm2以下。在0 ~ 2 T的測(cè)量磁場(chǎng)范圍內(nèi)，樣品E的義均高于未摻 雜樣品D，與摻雜0.50wt。/。納米BaCe03的樣品B相同。
本發(fā)明用納米粒度的BaCe03摻雜在YBaCuO先驅(qū)粉中，摻雜量為 0.25wt%， 0.50 wt。/。和1.00wt°/。。用其制備的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊的臨界 電流密度均高于未摻雜的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊。摻雜量為0.50 wt。/。的超導(dǎo) 塊的臨界電流密度達(dá)到了摻雜0.2wty。貴金屬Pt樣品的同等水平。因此， 本發(fā)明的方法提高超導(dǎo)塊材性能同時(shí)降低單疇超導(dǎo)塊成本。
權(quán)利要求
1、一種用BaCeO3摻雜提高YBaCuO超導(dǎo)體性能的方法，其特征在于，將平均粒度為1nm～100nm的BaCe1-xGdxO3粉末加入Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy粉末中，經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊，其中，BaCe1-xGdxO3粉末加入量為Y1.8Ba2.4Cu3.4Oy粉末的0.25wt％～1.00wt％。
全文摘要
一種用BaCeO₃摻雜提高YBaCuO超導(dǎo)體性能的方法，其特征在于，將平均粒度為1nm～100nm的BaCe_1-xGd_xO₃粉末加入Y_1.8Ba_2.4Cu_3.4O_y粉末中，經(jīng)球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構(gòu)生長(zhǎng)工藝(TSMTG)生成單疇結(jié)構(gòu)的YBaCuO超導(dǎo)塊，其中，BaCe_1-xGd_xO₃粉末加入量為Y_1.8Ba_2.4Cu_3.4O_y粉末的0.25wt％～1.00wt％。用本發(fā)明的方法制備的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊的臨界電流密度均高于未摻雜的單疇YBaCuO超導(dǎo)塊。摻雜量為0.50wt％的超導(dǎo)塊的臨界電流密度達(dá)到了摻雜0.2wt％貴金屬Pt樣品的同等水平。
文檔編號(hào)C04B35/45GK101450859SQ20071017844
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者焦玉磊, 玲 肖, 鄭明輝 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院