[发明专利]一种制备钙掺杂YBCO高温超导单晶体的方法

说明书

本发明公开了一种用于制备钙掺杂钇钡铜氧高温超导单晶体的方法，包括步骤：(a)将BaCO₃粉末和CuO粉末按照一定比例进行配料、湿磨和烧结，获得Ba_xCu_yO_Z粉末；(b)将Ba_xCu_yO_Z粉末、氧化钇以及氧化钙加入到钙稳定的氧化锆(CaSZ)坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得Ca‑Y‑Ba‑Cu‑O溶液，再冷却至第二温度；(c)使用YBCO/MgO薄膜作为籽晶，在第二温度的Ca‑Y‑Ba‑Cu‑O溶液保温生长50～100小时。本发明开创性地引入了CaSZ坩埚，不仅解决了Ca‑Y‑Ba‑Cu‑O溶液对于传统的氧化钇坩埚浸润性强、Ca‑Y‑Ba‑Cu‑O溶液液体流失严重的问题，而且CaSZ坩埚可以持续不断地提供生长过程中被消耗的Ca元素，获得高钙含量、均匀掺杂钇钡铜氧单晶体。

技术领域

本发明涉及高温超导体材料，尤其涉及一种制备钙掺杂YBCO高温超导单晶体的方法，更具体地涉及一种制备高钙含量且钙均匀掺杂YBCO高温超导单晶体的方法。

背景技术

自钇钡铜氧YBa₂Cu₃O_x(简称YBCO、Y123)超导体被发现以来，因其完全抗磁性，高临界电流密度和高冻结磁场等性质所带来的巨大商业潜能，如飞轮储能，永磁体，磁悬浮力元件等，引起了人们广泛的关注。一方面，由于传统的BCS理论无法完全解释YBCO高温超导体的超导机制，因此世界范围内的物理学家需要高质量的高温超导晶体，探索高温超导缘由；另一方面，Ca离子替代在YBCO体系正吸引着越来越多人的关注，因为这种材料的研究能够为超导机制的研究提供一些新的见解，而且能够为实际应用提高超导性能。

顶部籽晶提拉法被普遍认为是一种极具潜力的YBCO高温超导晶体的制备方法。在顶部籽晶提拉YBCO高温超导单晶体的过程中，籽晶被固定在连接杆上缓慢靠近饱和溶液表面，作为唯一的形核点诱导YBCO超导单晶体的生长。由于顶部籽晶提拉法的生长条件接近平衡态，使用晶格失配度较小的材料作为籽晶诱导生长得到的晶体具有低缺陷、高平整度、高结晶性能等特点。另外，由于顶部籽晶提拉在非真空条件下进行，因而这种方法具有制备成本低等优点。

发明内容

有鉴于现有技术的上述需求，本发明所要解决的技术问题是提供一种方便、高效的方法，用于高钙含量、均匀掺杂YBCO高温超导单晶体。

发明人发现，以往金属元素掺杂的YBCO超导晶体的制备，通常选用Y₂O₃坩埚，在加入Ba_xCu_yO_Z助熔剂的同时也加入粉状掺杂金属的氧化物。然而在生长高钙含量、均匀掺杂YBCO时，这个方法表现出巨大的局限性导致无法成功生长。主要问题在于Ca-Y-Ba-Cu-O的熔体对Y₂O₃坩埚有相当大的浸润性，导致在助熔剂的熔化保温阶段，液体就已经大量流失，无法进行后续的生长。其次，发明人还尝试使用钇稳定氧化锆作为坩埚，在其中添加氧化钙，然而由于生长过程中Ca元素的不断消耗，又无法在生长过程中持续不断地进行补充，所得的钙掺杂晶体存在严重的成分偏析。

基于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种方便、高效的方法，用于高钙含量、均匀掺杂YBCO高温超导单晶体，克服现有技术中Ca-Y-Ba-Cu-O熔体流失严重，无法进行晶体生长的重大局限性以及无法补充Ca元素带来的成分偏析。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备高钙含量、均匀掺杂YBCO高温超导单晶体的方法，包括如下工序：

(a)将BaCO₃粉末和CuO粉末进行配料，获得BaCO₃+CuO粉料，所述BaCO₃+CuO粉料中的Ba和Cu的摩尔比为0.4～0.7；