[发明专利]基于浓度梯度的固相源制备高性能单畴钆钡铜氧超导块材的方法

说明书

本发明公开了一种基于浓度梯度的固相源制备高性能单畴钆钡铜氧超导块材的方法，采用顶部籽晶熔渗生长法，通过具有浓度梯度的固相先驱块在径向上存在的温度梯度，使钆钡铜氧超导块材在生长的过程中有效地抑制了Gd/Ba替换，提高了材料的超导性能。本发明整个过程中仅需要固态反应制备BaCuO₂粉，简化了实验环节，提高了制备效率，降低了制备成本，达到了制备大尺寸、高性能单畴钆钡铜氧超导块材的目的。本发明可用于制备钆钡铜氧超导块材，也可用于制备Yb、Y、Sm、Nd、Eu等其他系列的高温超导块材。

技术领域

本发明属于高温铜氧化物超导材料技术领域，具体涉及到一种基于浓度梯度的固相源方式制备大尺寸单畴钆钡铜氧超导块材的方法。

背景技术

自从高温超导块材(HTS)被发现30年以来，一直是人们研究的热点和重点内容之一。为了使钆钡铜氧(GdBCO)超导块材能够得到进一步产业化生产及应用，不仅仅要降低制备成本和提高产品的生产效率，同时还需要在最大程度上提高样品的超导性能，如磁悬浮力、捕获磁通密度、临界电流密度等。然而从已有的文献报导中可以看到，由于Gd³⁺和Ba³⁺具有比较相近的离子半径，Ba³⁺很容易被轻稀土元素Gd替代，从而在样品生长的过程中形成固溶体，大量的Gd/Ba替换会在最大程度上降低样品的超导性能。

传统地抑制Gd/Ba替换方面的研究已经有大量的文献报道。一是在低氧分压中制备GdBCO高温超导块材，即通过控制氧缺位含量来制备高性能的样品，但是该方法需要在氧环境下制备超导样品，对制备样品的生长设备和生长方法有着非常严格的要求，同时这种方法不利于大批量化、低成本制备GdBCO高温超导块材；第二种常用的方法是在制备样品的先驱粉体中掺杂一定比例的含有Ba的氧化物或者相应的钡酸盐，即在先驱粉体中引入富钡相离子，以此来抑制样品生长过程中的Gd/Ba替换。

程晓芳等人在文献《BaCuO_2-δ添加对单畴GdBCO超导块材性能的影响》中，研究了BaCuO添加对TSMTG法制备的单畴GdBCO超导块材性能的影响，研究表明，在样品中添加适量的BaCuO可以有效地提高样品的磁悬浮力。但是该方法需要制备Gd₂BaCuO₅、GdBa₂Cu₃O_7-x和BaCuO₂三种不同的先驱粉体，而传统的固态烧结法制备先驱粉体主要是通过反复的高温烧结和研磨的方法获得，这种方法制备时间长，效率低，因此就会导致整个工艺耗时多，成本高，效率低，不利于大尺寸高温超导块材的制备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于不同浓度梯度的固相源制备高性能单畴钆钡铜氧超导块材的方法。

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BaCuO₂粉

将BaCO₃与CuO粉按摩尔比为1:1混合，用固态反应法制成BaCuO₂粉。

2、配制固相源先驱粉

将分析纯的Gd₂O₃、BaCuO₂粉按摩尔比为1:1混合，制成混合粉体；将混合粉体加入到球磨机中，添加混合粉体质量0％～4％的无水BaO粉，混合均匀，制备成2～5个不同BaO添加量的固相源先驱粉，且按照BaO添加量从小到大或从大到小，相邻两个固相源先驱粉中BaO添加量相差0.5％～3％。

3、配制液相源先驱粉

将分析纯的Y₂O₃、CuO粉以及BaCuO₂粉按摩尔比1:6:10混合均匀，作为液相源先驱粉。

4、压制固相先驱块