[发明专利]一种超薄型单畴熔融织构高温超导块材的制备方法

说明书

一种超薄型单畴熔融织构高温超导块材的制备方法，包括：I.制备厚度为10～13mm的超导块材前驱物坯料；II.制备厚度为4～5mm的替代层；替代粉体为原始组成成分与前驱物相同，但在熔融织构制备单畴超导块材的生长工艺后未能形成单晶结构的废弃材料，或由于不适合制备熔融织构单畴超导块材的弃用的前驱物粉体；III.制备隔离层；IV.在氧化铝垫片上依次放置MgO单晶片、隔离层、替代层和超导块材前驱物坯料，随后采用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备单畴REBaCuO超导块材；V.将得到的块材去除MgO单晶片、隔离层和替代层，获得厚度小于等于10mm的超薄型单畴熔融织构高温超导块材。

技术领域

本发明涉及一种制备单畴REBaCuO高温超导块材的方法，具体涉及在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备超薄型高性能单畴REBaCuO高温超导块材时节约原材料的方法。

背景技术

REBaCuO(RE：Y，Gd，Eu，Sm或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(REBCO)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，在熔融织构生长过程中，底部含有Yb₂O₃的混合粉体，会通过向上扩散污染母体，使单畴超导块材底部的性能变差。另一方面，在熔融织构生长过程中，靠近底部的母体材料或多或少会存在液相流失的问题，也会导致单畴超导块材底部的性能下降。因此，在制备厚度10毫米左右的超薄单畴超导块材时，如果按照常规方法称量压制超导坯体，通过熔融织构生长工艺制备出厚度约为11毫米左右的单畴超导块材，实验发现，这种单畴超导块材的超导性能较低，与上述分析相一致。

为了确保10毫米厚度的单畴超导块材的超导性能达到实际应用要求，必须增加超导坯体的厚度，使制备的单畴超导块材的厚度达到15毫米，然后通过加工使块材减薄到10毫米左右。可是，这样势必要使用更多母体粉体，不仅造成了母体粉体的浪费，而且对环境造成了污染。

综上所述，在制备超薄型单畴超导块材时利用一种可行的技术在确保不影响超导性能的前提下，尽可能地减少母体成分的损失是非常必要的。

发明内容