[发明专利]制备熔融织构高温超导块材过程中放置底部隔离层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备高性能单畴REBaCuO高温超导块材时避免母体成分失配和底部诱导的方法，具体而言涉及一种在母体和MgO单晶衬底之间放置适当的隔离层的方法，以确保在熔融织构工艺过程中块材能自上而下定向结晶生长的方法。

背景技术

REBCO(RE:Y，Gd，Eu，Sm，Nd)超导块材作为高温超导材料研究的一个分支，由于具有优越的超导性能，如自稳定磁悬浮特性和高场磁通俘获能力。在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁分离装置等领域有广阔的应用前景。目前，结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺是制备高性能大尺寸超导块材的通用技术，由于REBaCuO超导块材的高度各向异性，所以籽晶技术的引入使生长单一取向的REBaCuO超导块材成为现实。

所谓熔融织构生长工艺是一种定向凝固的晶体生长工艺，首先把成型的超导前驱物坯料升温至约1040℃-1100℃的RE211相与液相区，使坯料部分熔化，然后快速降温至REBCO材料的包晶反应温度(～1010℃-1080℃)，以防止211相长大。随后以0.2～0.5℃/小时的降温速率使123相通过包晶反应定向凝固，形成c轴择优取向的晶体。

显然，在熔融织构工艺中，一个必不可少的步骤是成型的超导前驱物坯料处于半熔融状态，此时超导RE123相分解为RE211相与液相(BaCuO₂+CuO)，其中液相极易与氧化铝垫片发生反应，引起液相流失，导致熔融织构样品的成分偏离名义组分且不均匀，甚至不能生长成单畴结构的样品。为此，采取用MgO单晶片隔离先驱物与氧化铝垫片的方法，这样既防止了氧化铝垫片对样品的污染，又起到减少液相流失的作用，另外，在先驱物成型时在样品底部采用添加低熔点Yb的氧化物层，起到抑制底部MgO单晶逆向诱导REBCO晶体生核长大的作用，以确保REBCO先驱物从其顶部的籽晶成核并进行自上而下的顺序结晶生长。

对于在超导块材底部添加低熔点Yb的氧化物层，通常的方法是用母体成分添加10-20％重量比的Yb₂O₃粉体混合均匀后，在压制成型超导前驱物坯料时，称量适当的此种粉体预先置入模具中，并抹平，再装入超导前驱物粉体，然后压制成型。这种方法虽然能有效地抑制底部MgO单晶逆向诱导REBCO晶体生核长大，然而，在超导前驱物坯料压制成型过程中，有时会出现裂纹或分层现象，此时，就要求把带有裂纹或分层的坯料粉碎并重新压制成型。这种现象在大尺寸样品的压制成型过程中出现比较频繁。在坯料粉碎过程中，底部的含有Yb₂O₃的混合粉体必须从母体中分离出来，否则会污染母体，影响后期熔融织构工艺制备高性能的单畴超导块材。由于在已成型的坯料中，两种不同粉体的界面往往参差不齐，为了确保不使含有Yb₂O₃的混合粉体污染母体，势必使比较多的母体成分归入垫底粉体，这样就造成了母体粉体的浪费。尤其是在母体添加二氧化铂与/或氧化银等贵金属材料时，这种浪费更值得关注。

近来，关于超导块材的回收再利用问题，也引起了极大关注。其中一个方法也是把性能不达标的熔融织构样品破碎，然后重新压制并进行熔融织构生长。在这类回收中也要求把超导块材底部隔离层成分分离出去。

综上所述，利用一种可行的技术使隔离层材料很容易就能分离出来，并尽可能地减少母体成分的损失是非常必要的。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供一种制备熔融织构高温超导块材过程中放置底部隔离层的方法，在超导母体和MgO单晶衬底之间引入易分离隔离层，不仅能有效地抑制MgO单晶衬底逆向诱导REBCO晶体生核长大，而且隔离层与母体之间界限清晰且易与母体分离，这大大降低了隔离层对母体的污染问题，有利于母体的回收再利用，从而降低生产成本，并减少环境污染。

为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：

一种制备熔融织构高温超导块材过程中放置底部隔离层的方法，该方法包括以下步骤：

A.制备超导块材前驱物坯料；

B.制备隔离层：将用作隔离层的粉体置入模具中，然后模压成型，制备出用于隔离层的薄片；该用作隔离层的粉体为REBaCuO材料或其与Yb₂O₃的混合物，且该隔离层粉体满足熔点和结晶温度均比母体低，以及在母体熔化温度下不能完全熔化；该隔离层薄片的厚度为1.5-3mm；