再回收廢棄rebco超導體塊材的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種再回收廢棄REBCO超導體塊材的方法，屬于超導材料再生長回收方法技術領域，尤其適用于回收具有高包晶反應溫度的REBCO塊材。
【背景技術】
[0002]自REBa2Cu3Ox(簡稱 REBCO、RE123、稀土鋇銅氧，其中 RE 選自 Y、Gd、Sm、Nd 等)超導體被發現以來，因其完全抗磁性，高臨界電流密度和高凍結磁場等性質所帶來的巨大商業潛能，如飛輪儲能，永磁體，磁懸浮力元件等，引起了人們廣泛的關注。然而，其過高的制備成本一直制約其發展，而昂貴的材料成本，如稀土元素粉末，銀、鉑貴金屬等是造成超導超導體塊材制備成本過高的因素之一。另外，REBCO塊材常規的熔融批量生長工藝的失敗率達30%，嚴重局限其大規模的利用。而這些恪融生長(Melt Textured Growth，簡稱MTG)失敗的廢棄REBCO塊材，若能加以再回收利用，其本身含有的材料資源將為減小制備成本帶來巨大功效。因此，為了追求更高的資源利用率、節約成本，如何再回收廢棄的REBCO塊材，一直是一個熱門的研究課題。
[0003]經過對現有技術的檢索發現，目前再回收利用廢棄REBCO塊材，主要是使用重新粉碎碾磨處理和覆蓋新鮮粉末塊的方法。但是，此種處理方法都存在不足之處。重新粉碎碾磨處理廢棄REBCO塊體的方法耗能耗時，過程復雜；并且碾磨過程中需要使用各種化學試劑，使得回收后的粉末較新鮮粉末的性能有所下降；并且，在MTG過程中需要經歷更高的溫度才能回收成功。覆蓋新鮮粉末塊的方法需要再消耗新鮮粉末，且處理過程仍有待簡化。
[0004]中國發明專利CN102703981A公開了一種基于高熱穩定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導塊材的方法，其先將廢棄的稀土鋇銅氧(REBCO)超導超導體塊材頂面磨平，然后以NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為熔融生長籽晶，將其整個廢棄的塊材連同籽晶一起放入爐中進行MTG生長，從而實現廢棄REBCO塊材的再回收。然而根據熔融織構法生長REBCO超導體塊材的理論和實驗結果表明，廢棄的REBCO超導體塊材由于多處自發形核的存在，往往導致超導體塊材內部的組分分布不均，表現為:1)沿縱向分布，遠離頂部籽晶的方向RE211組分越來越聚集，反之RE123組分越來越少；2)以自發形核的形核點為中心，遠離該形核點的RE211組分越來越聚集，反之RE123組分越來越少。同樣，超導體塊材內的用于抑制組分流失的稀土元素粉末，銀、鉑貴金屬等也存在相應的組分偏失。可以設想，該專利中，先將廢棄的REBCO超導體塊材頂面磨平，勢必導致磨平后的REBCO超導體塊材再回收時的組分與原始先驅粉體的組分存在偏差，一方面偏離最優化的組分配比，另一方面導致粉體材料的浪費。另外，該方法往往適合于廢棄超導體塊材的籽晶不誘導或大量自發形核的情形，對于籽晶誘導區域較大，或自發形核集中在邊緣的情形，往往達不到很好的效果。
[0005]因此，探索更加經濟有效的回收方法就變得很有意義。
【發明內容】
[0006]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種再回收廢棄的REBCO超導體塊材，尤其是回收具有高包晶反應溫度的REBCO塊材的方法，用于提供更經濟有效的回收REBCO超導塊材方法。
[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種再回收廢棄的REBCO超導體塊材的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一，將廢棄的REBCO超導體塊材置于生長爐內進行熱處理；
[0009]步驟二，對所述熱處理后的REBCO超導體塊材進行頂面磨平處理；
[0010]步驟三，將頂面磨平處理后的所述REBCO超導體塊材置于生長爐中進行頂部籽晶熔融織構生長工藝，實現廢棄的REBCO超導體塊材的回收生長。
[0011]優選地，所述熱處理為使所述廢棄的REBCO超導體塊材的溫度在1100°C?1300°C
內保溫I?5小時，隨后隨爐冷卻至室溫。
[0012]進一步地，所述頂部籽晶熔融織構生長工藝包括以下步驟:
[0013]將籽晶放置在所述REBCO超導體塊材的磨平面的中心處，用做籽晶誘導生長；
[0014]將所述熱處理后的REBCO超導體塊材連同所述籽晶放入生長爐內；
[0015]使所述生長爐內的溫度在第一時間內升至第一溫度，保溫I?3小時；
[0016]使所述生長爐內的溫度在第二時間內升至第二溫度，保溫I?3小時；
[0017]使所述生長爐內的溫度在第三時間內降至第三溫度；
[0018]使所述生長爐內的溫度在第四時間內降至第四溫度；
[0019]最后淬火，獲得REBCO超導體塊材。
[0020]進一步地，所述第一時間為2?5小時，所述第一溫度為900?1000°C ;所述第二時間為I?3小時，所述第二溫度高于所述REBCO超導體塊材的包晶反應溫度30?80°C ;所述第三時間為0.5?I小時，所述第三溫度為所述包晶反應溫度；所述第四時間為10?80小時，所述第四溫度為低于所述包晶反應溫度5?40°C。
[0021 ] 優選地，所述籽晶為NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。
[0022]優選地，所述籽晶的尺寸為2mmX2mm。
[0023]優選地，所述REBCO超導體塊材為摻雜銀的REBCO廢棄超導體塊材，所述RE為Sm、Gd 或 Y。
[0024]進一步地，REBCO廢棄超導體塊材還可摻雜氧化鈰，鉑金屬等，以抑制組分流失。
[0025]本發明提供再回收廢棄的REBCO超導體塊材的方法，具有以下有益效果:
[0026]1、本發明再回收得到的REBCO超導體塊材，以廢棄的REBCO塊材作為原料，通過對廢棄REBCO塊材加以回收再利用，有效降低REBCO超導塊材制備成本，并對于節約資源、提高資源使用率產生積極作用，對生態環境保護產生積極影響。
[0027]2、本發明引入了熱處理的工藝步驟，將廢棄的REBCO塊材預先經過高溫再熔融的處理，并且該高溫不受籽晶熱穩定性的限制，可以促使廢棄REBCO塊材的組分的再均勻化，有利于再回收REBCO塊材的性能提尚。
[0028]3、本發明由于熱處理工藝的引進，對于具有高包晶反應溫度的廢棄REBCO(如SmBCO, GdBCO, NdBCO等)的再回收同樣適用。
[0029]4、本發明的廢棄的REBCO塊材經過熱處理后，只需進行表面的磨平處理，以水平放置籽晶即可，無需過多的表面削平，操作簡單高效，浪費材料少。
【具體實施方式】
[0030]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0031]本發明提供一種再回收廢棄的REBCO超導體塊材的方法，包括:
[0032]步驟一，將廢棄的REBCO超導體塊材置于生長爐內進行熱處理。
[0033]其中，所述熱處理為使所述廢棄的REBCO超導體塊材的溫度在1100°C?1300°C內保溫I?5小時，隨后隨爐冷卻至室溫。實驗中，常見的廢棄REBCO超導體塊材包括三種情況:1)籽晶完全不誘導，塊材內幾乎不存在自發形核；2)籽晶誘導范圍小，塊材其他區域出現大量小面積的自發形核；3)籽晶誘導范圍大，塊材的邊緣處出現少量自發形核。對于上述三種情形，可知，其組分偏析情況依次嚴重。然而，由于熱處理的溫度不受籽晶熱穩定性的限制，該溫度可遠高于REBCO塊材的包晶反應溫度，因此適用于上述三種情況，能夠使得廢棄REBCO塊材充分熔融，組分充分再均勻化。同樣，對于具有高包晶反應溫度的廢棄REBCO (如SmBCO、GdBCO、NdBCO等)塊材，通過高溫熱處理，使得廢棄REBCO塊材充分熔融，實現組分再均勻化的效果。
[0034]步驟二，對所述熱處理后的REBCO超導體塊材進行頂面磨平處理；
[0035]其中，高溫熱處理后的REBCO超導體塊材可能存在一定程度的組分流失，導致塊材出現細微變形。該磨平處理主要是針對表面進行砂紙打磨，使得塊材的表面平整，有利于籽晶的水平放置。可以設想，該操作相對于中國發明專利CN102703981A公開了基于高熱穩定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導塊材的方法，無需過多處理，簡單高效，最大程度地保留了廢棄塊材的原料。
[0036]步驟三，將頂面磨平處理后的所述REBCO超導體塊材置于生長爐中進行頂部籽晶熔融織構生長工藝，實現廢棄的REBCO超導體塊材的回收生長。
[0037]具體為，將籽晶放置在熱處理后的REBCO超導體塊材的磨平面的中心處，再連同所述籽晶放入生長爐內；
[0038]使所述生長爐內的溫度在第一時間內升至第一溫度，保溫I?3小時；
[0039]使所述生長爐內的溫度在第二時間內升至第二溫度，保溫I?3小時；
[0040]使所述生長爐內的溫度在第三時間內降至第三溫度；
[0041]使所述生長爐內的溫度在第四時間內降至第四溫度；
[0042]最后淬火，獲得REBCO超導體塊材。
[0043]其中，將所述生長爐內的溫度在2?5小時內升至900?1000°C，保溫I?3小時；將所述生長爐內的溫度在I?3小時內升至第二溫度，所述第二溫度高于所述REBCO準單晶的包晶反應溫度30?80°C，保溫I?3小時；將所述生長爐內的溫度在0.5?I小時內降至材料的包晶反應溫度附近；將所述生長爐內的溫度在10?80小時內降至第四溫度；所述第四溫度為低于所述包晶反應溫度5?409°C;最后淬火，即隨著生長爐冷卻，獲得REBCO超導體塊材。
[0044]包晶反應是指有些合金當凝固到一定溫度時，已結晶出來的一定成分的(舊)固相與剩余液相(有確定成分)發生反應生成另一種(