專利名稱：基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材方法，尤其涉及一種基于NdBCO/YBCO/MgO薄膜作熔融生長(zhǎng)籽晶再回收廢棄超導(dǎo)塊材的方法。屬于超導(dǎo)材料再生長(zhǎng)回收方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從科學(xué)家發(fā)現(xiàn)REBa2Cu3Oz (簡(jiǎn)稱REBCO、RE123、稀土鋇銅氧)這種具有巨大應(yīng)用前途的高溫超導(dǎo)材料以來，其過高的制備成本一直制約其發(fā)展，而昂貴的材料成本，如稀土元素粉末，銀、鉬貴金屬等是造成超導(dǎo)塊體材料制備成本過高的因素之一。另外，REBCO塊材常規(guī)的熔融批量生長(zhǎng)エ藝的失敗率達(dá)30%，嚴(yán)重局限其大規(guī)模的利用。而這些熔融生長(zhǎng)(Melt Textured Growth，簡(jiǎn)稱MTG)失敗的廢棄REBCO塊材，若能加以再回收利用，其本身含有的材料資源將為減小制備成本帶來巨大功效。因此，為了追求更高的資源利用率、節(jié)約成本，如何再回收廢棄的REBCO塊材，一直是ー個(gè)熱門的研究課題。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前再回收利用廢棄REBCO塊材，主要是使用重新粉碎碾磨處理和覆蓋新鮮粉末塊的方法。例如K. Iida等人提到(K.Iida，K. Lowe, etc. , Recycling process for 123-type oulk superconductors. Physica C469(2009) 1153-1156)可以將廢棄的摻銀的GdBCO(釓鋇銅氧GdBa2Cu3Oz,簡(jiǎn)稱GdBCO或Gdl23)重新粉碎碾磨得到回收的粉末，再將粉末用于MTG生長(zhǎng)得到摻銀的GdBCO。再如Y. Shi 等人提至Ij (Y. Shi, A. R. Dennis, etc. , A simple method for recycling GdBCO-Agsingle grain bulk superconductors. Supercond. Sci. Technol. 24(2011)075010)可以將廢棄的摻銀的GdBCO塊體頂面(籽晶所在面)磨平，再將同廢棄塊體組分一致的新鮮粉末塊覆蓋于磨平面，如此經(jīng)歷ー個(gè)MTG過程，回收廢棄的摻銀GdBCO塊體。但是，以上兩種處理方法都存在不足之處。重新粉碎碾磨處理廢棄REBCO塊體的方法耗能耗時(shí)，過程復(fù)雜；并且碾磨過程中需要使用各種化學(xué)試劑，使得回收后的粉末較新鮮粉末的性能有所下降；并且，在MTG過程中需要經(jīng)歷更高的溫度才能回收成功。覆蓋新鮮粉末塊的方法需要再消耗新鮮粉末，且處理過程仍有待簡(jiǎn)化。另夕卜,許恒恒等人提到(H.H. Xu, Y. Y. Chen, etc.，YBCO-buffered NdBCOfilm with higher thermal stability in seeding REBCO growtn. Supercond. Sci.Technol. 25 (2012) 035014) NdBCO/YBCO/MgO 薄膜具有較高熱穩(wěn)定性，比普通 NdBC0/Mg0 薄膜相比，其過熱度提高了 20K，在MTG中可承受的最高溫度為1120°C，其對(duì)誘導(dǎo)REBCO塊體極為有利。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄的稀土鋇銅氧(REBCO)超導(dǎo)塊材的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于NdBCO/YBCO/MgO高熱穩(wěn)定性薄膜作熔融生長(zhǎng)籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材的方法。在本發(fā)明方法中，以NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為籽晶，其剪切容易，可輕易獲得理想的籽晶大小，并且其性質(zhì)穩(wěn)定可靠。具體地，本發(fā)明的再回收方法以NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為熔融生長(zhǎng)籽晶，先將廢棄的稀土鋇銅氧(REBCO)超導(dǎo)塊體材料頂面磨平，再將其整個(gè)廢棄的塊材連同籽晶一起放入爐中進(jìn)行MTG生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)廢棄REBCO塊材的再回收。本發(fā)明的基于NdBCO/YBCO/MgO高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材方法，適用于REBCO(RE為Sm、Gd、Y)廢棄塊材和摻銀的REBCO(RE為Sm、Gd、Y)廢棄塊材的再回收。本發(fā)明所選用的NdBCO/YBCO/MgO薄膜可為市售商品，其具體制作方法可參考文獻(xiàn) Supercond. Sci. Technol. 25 (2012)035014。在本發(fā)明的具體技術(shù)方案中，基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材的方法包括如下步驟
·
步驟一、將廢棄的稀土鋇銅氧(REBCO)塊體材料頂面(即籽晶所處面)用砂紙打磨，磨平即可；步驟ニ、將NdBCO/YBCO/MgO薄膜剪切至合適大小，并放置在廢棄的REBCO塊體的磨平面作籽晶；步驟三、將頂面磨平的廢棄塊材連同籽晶放入開始溫度為Ts的爐中，升溫至Tmax=1115°C后保溫I. 5小時(shí)，然后快速降溫到開始溫度Ts ;最后，以0. 3°C /小時(shí)的速度，緩慢降溫生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)廢棄REBCO塊材的再回收。在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
中，對(duì)于頂面磨平的廢棄塊材連同籽晶進(jìn)行MTG生長(zhǎng)的爐沒有特別限制。所述的開始溫度Ts為1005_1015°C。在本發(fā)明的較佳實(shí)施方式中，所選用的廢棄超導(dǎo)塊材為YBCO廢棄塊材或摻銀的REBCO (RE 為 Sm、Gd、Y)廢棄塊材。在本發(fā)明方法中，由于再回收得到的REBCO塊材是以廢棄的REBCO塊材作為原料，因此其材料成本低，基本可忽略不計(jì)。并且，以NdBC0/YBC0/Mg0薄膜作為籽晶時(shí)，其剪切容易，熱穩(wěn)定性好，在MTG中可承受最高溫度1120°C等特點(diǎn)對(duì)廢棄的各類REBCO塊材的充分熔化、成功再生長(zhǎng)起到了關(guān)鍵的作用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為MTG籽晶再回收廢棄的REBCO超導(dǎo)塊材的方法簡(jiǎn)單可行，對(duì)再回收YBCO塊材和各類摻銀的REBCO塊材都切實(shí)有效；并且回收得到的廢棄REBCO塊材的超導(dǎo)性能好。經(jīng)本發(fā)明方法回收得到的YBCO塊材單疇的Tc (transition temperature,超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度；其值越高，超導(dǎo)體的性能越好)在90K (開爾文)以上，且轉(zhuǎn)變曲線寬度窄(小于1K)，性能良好。以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)ー步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖I是本發(fā)明的實(shí)施例I所選用的廢棄的YBCO樣品；圖2是本發(fā)明的實(shí)施例I經(jīng)再回收方法得到的YBCO樣品；
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例I經(jīng)再回收方法得到的YBCO樣品的Tc值圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。本發(fā)明的實(shí)施例所選用的NdBCO/YBCO/MgO薄膜產(chǎn)自Theva GmbH公司。磁力矩隨溫度變化曲線圖經(jīng)由Quantum Design公司提供的PPMS-9T (EC-II)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)儀在外加磁場(chǎng)強(qiáng)度為200e (奧斯特)時(shí)測(cè)得。實(shí)施例I選擇Ts = 1005 0C，再回收廢棄的YBa2Cu3Oz (簡(jiǎn)稱釔鋇銅氧、YBC0)塊材。
步驟一、將廢棄的YBCO塊體材料頂面(籽晶所處面)用砂紙磨平；步驟ニ、將NdBCO/YBCO/MgO薄膜剪切至2mmX 2mm大小，并放置在廢棄的YBCO塊體的磨平面作為籽晶；步驟三、將頂面磨平的廢棄塊材連同籽晶放入開始溫度Ts為1005°C的爐中，升溫至Tmax = 1115°C后保溫I. 5小時(shí)；然后快速降溫到開始溫度Ts，最后以0. 3°C /小時(shí)的速度，緩慢降溫生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)廢棄YBCO塊材的再回收?；厥盏玫降腨BCO樣品如圖2所示，圖I為未經(jīng)回收方法處理的廢棄的YBCO樣品。與圖I相比，圖2中回收得到的YBCO樣品為籽晶誘導(dǎo)的良好的單疇，4條面生長(zhǎng)線清晰可見。再回收后得到的YBCO塊材單疇經(jīng)氧化退火處理、切割后得到不同位置小樣品，經(jīng)綜合物性測(cè)量系統(tǒng)(PPMS)分析，得到各個(gè)位置處小樣品的磁力矩隨溫度變化曲線，如圖3所示。由磁力矩隨溫度變化曲線即可得到Tc值。由于籽晶污染，不同位置得到的Tc值不同；離籽晶越遠(yuǎn)處的小樣品，其Tc值越優(yōu)。最優(yōu)位置的Tc值大于90K，且轉(zhuǎn)變寬度小于1K，性能良好。實(shí)施例2選擇Ts = 1005°C，再回收廢棄的銀摻雜GdBa2Cu3Oz(簡(jiǎn)稱GdBCO、釓鋇銅氧)塊材。步驟一、將廢棄的摻雜銀的GdBCO塊體材料頂面(籽晶所處面)用砂紙磨平；步驟ニ、將NdBCO/YBCO/MgO薄膜剪切至2mmX2mm大小，并放置在廢棄的銀摻雜GdBCO塊體的磨平面作為籽晶；步驟三、將頂面磨平的廢棄塊材連同籽晶放入開始溫度Ts為1005°C的爐中進(jìn)行MTG生長(zhǎng)；首先，升溫至Tmax = 1115°C后保溫I. 5小時(shí)，然后快速降溫到開始溫度Ts ;最后以0. 30C /小時(shí)的速度，緩慢降溫生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)廢棄GdBCO塊材的再回收。經(jīng)測(cè)試分析，再回收后得到的摻雜銀的GdBCO塊材單疇的Tc值在90K以上，且轉(zhuǎn)變曲線寬度窄(小于1K)，超導(dǎo)性能良好。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、將廢棄的稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料頂面用砂紙磨平； 步驟二、將NdBCO/YBCO/MgO薄膜放置在所述稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的磨平面作籽晶; 步驟三、將所述頂面磨平的廢棄稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料連同所述籽晶放入開始溫度為Ts的爐中；升溫至Tmax = 1115°C后保溫I. 5小時(shí)，然后快速降溫到開始溫度Ts ;再以O(shè).3°C /小時(shí)的速度，緩慢降溫生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)廢棄的稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料的再回收； 所述開始溫度Ts為1005-1015°C。
2.如權(quán)利要求I所述的再回收廢棄超導(dǎo)塊材方法，其特征在于，所述稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料為REBCO廢棄塊體材料或摻銀的REBCO廢棄塊體材料，所述RE為Sm、Gd或Y。
3.如權(quán)利要求2所述的再回收廢棄超導(dǎo)塊材方法，其特征在于，所述稀土鋇銅氧超導(dǎo)塊體材料為YBCO廢棄塊體材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材的方法。本發(fā)明通過將廢棄的REBCO超導(dǎo)塊材頂面磨平，使用NdBCO/YBCO/MgO薄膜作熔融生長(zhǎng)籽晶；將整個(gè)廢棄的塊材連同籽晶一起放入爐中并升溫至Tmax＝1115℃后保溫1.5小時(shí)，然后快速降溫到開始溫度Ts，再以0.3℃/小時(shí)的速度，緩慢降溫生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)廢棄REBCO塊材的再回收。本發(fā)明的再回收方法簡(jiǎn)易可行，成本低廉；得到的再回收REBCO塊材超導(dǎo)性能良好，在充分利用資源的同時(shí)，能有效降低REBCO超導(dǎo)塊材的成本。
文檔編號(hào)C30B11/14GK102703981SQ20121011119
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者于德京, 姚忻, 程玲, 許恒恒, 顏士斌 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)