[发明专利]一种低成本单畴GdBCO超导块材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温铜氧化物超导材料技术领域，具体涉及到一种降低单畴钆钡铜氧(GdBCO)超导块材制备成本的方法。

背景技术

单畴稀土钡铜氧高温超导块材(R-Ba-Cu-O，其中R为稀土元素，如Yb、Y、Gd、Sm、Nd等)具有较高的临界温度和临界电流密度、大的磁悬浮力、强的磁通捕获能力、以及良好的自稳定磁悬浮特性，是目前国际上重点研究的最具应用潜力的高温超导材料之一，受到人们的普遍关注，是一种很有发展潜力的高技术材料。这一优势为该类材料的应用奠定了基础，特别是在超导磁悬浮轴承、储能飞轮以及超导电机和发电机等研制方面具有良好的应用前景。在制备单畴稀土钡铜氧超导块材的过程中，常用的方法主要有两种：一种是传统的顶部籽晶熔融织构生长工艺(Top Seeded Melt Textured Growth，简称TSMTG)，另一种是较晚发展起来的顶部籽晶熔渗生长工艺(Top Seeded Melt Infiltration Growth，简称TSMIG)。

随着研究的深入，TSMIG受到了越来越多研究者的关注，已有结果表明，TSMIG工艺可以有效地解决传统熔融织构生长工艺中存在的问题，例如样品的收缩、变形、内部存在大量气孔和宏观裂纹、液相流失严重、R₂BaCuO₅粒子的局部偏析等。采用传统的熔渗生长工艺制备单畴GdBCO超导块材时，一般是将用Gd₂BaCuO₅相粉末压制成的固相先驱块放置在富Ba、Cu液相源块上，液相源块由等摩尔比的GdBa₂Cu₃O_7-δ和Ba₃Cu₅O₈(Ba₃Cu₅O₈是BaCuO₂与CuO摩尔比为3:2的混合物)混合压制而成。在热处理过程中，液相源块熔化，使其中的富Ba、Cu液相上渗到上面的Gd₂BaCuO₅固相先驱块中，在随后的慢降温过程中，此液相与固相先驱块的Gd₂BaCuO₅相反应，生成GdBa₂Cu₃O_7-δ相，并且在籽晶的诱导下完成GdBa₂Cu₃O_7-δ晶粒的有序生长。由此可见此方法要用到三种先驱粉体(Gd₂BaCuO₅、GdBa₂Cu₃O_7-δ和BaCuO₂)，这些先驱粉一般由传统的固态反应法制备，每种粉体必须通过反复多次的高温煅烧和研磨，才能得到相纯净、碳含量低及较小粒度(0.1～10微米)的先驱粉体，制备这三种先驱粉体需要花费很长的时间，这就是导致单畴稀土钡铜氧高温超导块材制备效率低和成本高的关键和根本问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种低成本单畴GdBCO超导块材的制备方法，实质是采用顶部籽晶金属氧化物熔渗生长(Top Seeded–Metal Oxides infiltration and growth process，简称TS-MOIG)方法制备单畴GdBCO超导块材，提高单畴GdBCO超导块材制备的效率和降低成本。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、配制固相先驱粉

将Gd₂O₃与BaO、CuO按摩尔比为1:1.0～2.4:1.0～2.4球磨混合均匀，作为固相先驱粉。

2、配制液相源粉

将Y₂O₃与BaO、CuO按摩尔比为1:10:16球磨混合均匀，作为液相源粉。

3、压制固相先驱块和液相源块

向固相先驱粉和液相源粉中分别加入其质量3.75%～5%的去离子水，各自混合均匀，固相先驱粉与液相源粉的质量比为1:1.5～2，分别压制成圆柱体状的固相先驱块和液相源块，固相先驱块的直径不大于液相源块的直径。

4、压制支撑块

将Yb₂O₃压制成直径不小于液相源块直径的圆柱体状支撑块。

5、坯体装配