專利名稱：一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法
一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法，涉及一種氧化物超導(dǎo)體的生長方法，特別是適用于生長釹鋇銅氧單晶體籽晶的制造。
目前，國內(nèi)外制備釹鋇銅氧(NdBCO)單晶體普遍采用助熔劑生長方法。這類方法所用的設(shè)備復(fù)雜，造價昂貴，大都需要高純的坩堝，操作系統(tǒng)復(fù)雜，生產(chǎn)成本和難度都很大。如在移動熔體浮區(qū)生長方法中，需要一個籽晶棒，一個進料棒和熔劑，需要一個紅外線輻射爐和特制的反射鏡，而且還需要在低氧壓條件下生長，還要控制籽晶的轉(zhuǎn)速和提拉速度，操作難度很大。此外，在助熔劑生長法中，經(jīng)常是在標準配比的Nd123中維持過量的液相，將其混合物放入高質(zhì)量的坩堝中，進行熔化和單晶生長，生長完畢后，由于生長的單晶體嵌敷在冷卻的生長物和坩堝壁上，很難分離，這樣不易保證單晶體的純度，很難生長出高質(zhì)量的釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體。更重要的是在制備生長釔鋇銅氧超導(dǎo)體的籽晶時，大都采取用已制備好的釹鋇銅氧超導(dǎo)體，然后再將其進行切分，得到適于生長釔鋇銅氧超導(dǎo)體用的籽晶。一方面切分工藝有一定的難度，另一方面由于使用釹鋇銅氧超導(dǎo)體晶體切分也造成了生產(chǎn)成本的提高，使得到釔鋇銅氧超導(dǎo)體生長用籽晶成為一個技術(shù)難題。
本發(fā)明目的在于克服已的有釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體制備方法中存在的上述缺點，提供一種制備方法簡單、生產(chǎn)成本低、可以有效地生長釹鋇銅氧單晶超導(dǎo)體，特別是適用于生長釔鋇銅氧超導(dǎo)體用籽晶的一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法，包括將Nd2O3、BaCO3、CuO原料粉末混合、煅燒、研磨配制粉料，混合粉料壓塊，晶體生長，晶體分離過程，其特征在于制備混合粉末時配料原料中含釹、鋇、銅的比例(克原子比)為Nd∶Ba∶Cu＝1∶(2+x)∶3，其中x＝0.2～0.8；晶體生長過程是將壓塊后的混合料塊加熱在富鋇條件下，進行包晶反應(yīng)，熔融生長晶體，下藝條件為將混合料塊加熱至940℃，恒溫燒結(jié)10～24小時；再升溫到1150℃～1200℃，保溫0.5～3小時；然后將溫度降至1070℃～1090℃，其降溫速率為50℃～180℃/小時；再將溫度降至980℃～1040℃，其降溫速率為0.5～3/小時；然后將溫度降至室溫，其降溫速率為120℃～300℃/小時降至室溫；其生長單晶體的分離是在室溫下，從反應(yīng)后的混合料塊中，由料塊自動破碎而與其分離的。
由于本發(fā)明的一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法，采用富鋇原料配比的熔融生長方法，直接將配制好料塊進行融熔生長熱處理，不需要坩堝和其它的籽晶及機械系統(tǒng)，在普通的燒結(jié)爐中即可完成晶體生長過程，操作簡單，經(jīng)濟可靠。一次生長，可分離得到可得到許多2～8mm的高質(zhì)量釹銅氧單晶體，可直接作為生長大疇區(qū)釔鋇銅氧超導(dǎo)體的籽晶。如果對其進行氣氛煅燒，調(diào)整其氧含量，還可作為實驗室研究用釹銅氧單晶體材料，非常經(jīng)濟實用。因而本發(fā)明的方法是一種非常實用和有效的釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法。
下面結(jié)合實例對本發(fā)明的方法進一步的說明。
一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法，首先將高純的Nd2O3、BaCO3和CuO原料粉末，按NdBa2+xCu3O的名義組分配比，即混合粉末制備時配料原料配比(克原子比)為Nd∶Ba∶Cu＝1∶(2+x)∶3，其中x＝0.2～0.8；研磨混合均勻后，在空氣或氧氣中在940℃煅燒24小時，將燒過的粉末研磨混合均勻，再在空氣或氧氣中，在980℃時燒結(jié)24小時，研磨后得所需粉末。然后將配制好的粉末壓成塊狀。晶體生長過程是將預(yù)壓塊后的混合料塊加熱在富鋇條件下，進行包晶反應(yīng)，熔融生長晶體，工藝條件為將混合料塊加熱至940℃，恒溫燒結(jié)10～24小時；再升溫到1150℃～1200℃，保溫0.5～3小時；然后將溫度降至1070℃～1090℃，其降溫速率為50℃～180℃/小時；再將溫度降至980℃～1040℃，其降溫速率為0.5～3/小時；然后將溫度降至室溫，其降溫速率為120℃～300℃/小時降至室溫；其生長單晶體的分離是在室溫下，從反應(yīng)后的混合料塊中，由料塊自動破碎而與其分離的。這一過程是在空氣中進行的。
實施例1將高純Nd2O3、BaCO3和CuO按Nd∶Ba∶Cu(克原子比)＝1∶2.5∶3的比例進行配料，混合均勻后在空氣中940℃下煅燒24小時，經(jīng)研磨后，再在980℃下煅燒24小時，將燒結(jié)后的粉末研磨后，壓成20×10mm的塊材，將該塊材放在一個MgO基片上，一并放入爐子中，以120/小時的速率升溫至950℃恒溫24小時，再以120℃/小時的升溫速率升溫至1150℃，恒溫1小時，再以60/小時的速率降溫至1080℃恒溫1小時，再以1℃/小時的速率降溫至1000℃，最后以120℃/小時的速率降溫至室溫。在室溫中待生長后的樣品自動破碎后，得到了2～5mm的釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體。
實施例2將高純Nd2O3、BaO和CuO按Nd∶Ba∶Cu(克原子比)＝1∶2.6∶3的比例進行配料，混合均勻后在空氣中940℃煅燒24小時，經(jīng)研磨后，再在980℃下煅燒24小時，將燒結(jié)后的粉末研磨后，壓成20×10mm的塊材，將該塊材放在一個MgO基片上，一并放入爐子中，以120℃/小時的速率升溫至950℃恒溫24小時，再以120℃/小時的升溫速率升溫至1180℃，恒溫1小時，再以60℃/小時的速率降溫至1080℃恒溫1小時，再以1℃/小時的速率降溫至1020℃，最后以120℃/小時的速率降溫至室溫。在室溫中待生長后的樣品自動破碎后，得到了2～8mm的釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體。
實施例3將X—射線衍射分析純NdBa2Cu3O7和BaO以1∶0.8(克分子比)的比例進行配料，混合均勻后在空氣中煅燒24小時，經(jīng)研磨后，再在980℃下煅燒24小時，將燒結(jié)后的粉末研磨后，壓成20×10mm的塊材，將該塊材放在一個MgO基片上，一并放入爐子中，以120℃/小時的速率升溫至950℃恒溫24小時，再以120℃/小時的升溫速率升溫至1180℃，恒溫1小時，再以60℃/小時的速率降溫至1070℃恒溫1小時，再以0.5℃/小時的速率降溫至1000℃，最后以120℃/小時的速率降溫至室溫。在室溫中待生長后的樣品自動破碎后，得到了2～8mm的釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體。
上述實施例所獲得的釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體，不需任何切割，尺寸在2～8mm左右，是進行物理特性研究和生長單YBCO大塊晶體極好的籽晶，實驗證明非?？煽?。
該方法具有以下優(yōu)點。
(1)其晶體生長設(shè)備只需具有單一加熱功能爐子和一塊耐高溫墊片，如MgO墊不需要坩堝，和其它的機械系統(tǒng)，即可完成晶體的生長過程，操作簡便，成本低廉。
(2)改變了以往工藝中在液相中生長NdBCO單晶體，采用簡單的熔融生長工藝。
(3)用該方法制備的單晶體可以自然分離出，數(shù)量多，尺寸均勻，特別適合作籽晶，生長單疇大塊YBCO超導(dǎo)體。
(4)成本低，使用性能好，一次即可制備大量小寸的NdBCO單晶，非常經(jīng)濟實用。
權(quán)利要求
1.一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法，包括將Nd2O3、BaCO3、CuO原料粉末混合、煅燒、研磨配制粉料，混合粉料壓塊，晶體生長，晶體分離過程，其特征在于a.制備混合粉末時配料原料中含釹、鋇、銅的比例(克原子比)為Nd∶Ba∶Cu＝1∶(2+x)∶3，其中x＝0.2～0.8；b.晶體生長過程是將壓塊后的混合料塊加熱在富鋇條件下，進行包晶反應(yīng)，熔融生長晶體，工藝過程及條件為將混合料塊加熱至940℃，恒溫燒結(jié)10～24小時；再升溫到1150℃～1200℃，保溫0.5～3小時；然后將溫度降至1070℃～1090℃，其降溫速率為50℃～180℃/小時；再將溫度降至980℃～1040℃，其降溫速率為0.5℃～3℃/小時；然后將溫度降至室溫，其降溫速率為120℃～300℃/小時降至室溫；c.其生長單晶體的分離是在室溫下，從反應(yīng)后的混合料塊中，由料塊自動破碎而與其分離的。
全文摘要
一種釹鋇銅氧超導(dǎo)單晶體的制備方法,特別是適用于生長釹鋇銅氧單晶體籽晶的制造。其特征在于:配料原料中含釹、鋇、銅的比例(克原子比)為Nd∶Ba∶Cu=1∶(2+x)∶3,其中x=0.2～0.8;晶體生長過程是將壓塊后的混合料塊加熱在富鋇條件下,進行包晶反應(yīng),熔化生長晶體。本發(fā)明采用富鋇原料配比,直接將配制好料塊進行熔融生長熱處理,不需要坩堝和其它的籽晶及機械系統(tǒng),在普通的燒結(jié)爐中即可完成晶體生長過程,操作簡單,經(jīng)濟可靠。
文檔編號C30B29/10GK1188822SQ97121888
公開日1998年7月29日 申請日期1997年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月11日
發(fā)明者周廉, 楊萬民, 馮勇, 張翠萍, 張平祥, 吳曉祖 申請人:西北有色金屬研究院