一種rebco準單晶生長工藝中控制液體流失的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種晶體生長工藝中控制液體流失的方法，特別是涉及一種REBCO準單晶生長工藝中控制液體流失的方法。
【背景技術】
[0002]自REBa2Cu3Ox(簡稱 REBC0、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。
[0003]同時，REBCO高溫超導體對于超導體的物理性質研宄及分析也具有重大意義。由于在高溫超導體中元素摻雜的基本機理和基礎研宄還不系統與完全，例如摻雜元素在塊材中的分布與存在機制，加之對于高溫超導體材料的研宄時間還非常短，系統還不完善，各種超導體機理還不是非常清楚，所以對于高溫超導體的摻雜效應有必要進行深入研宄。這對于REBCO高溫超導體的結構與性能的深入探索有著長遠的意義，而這些研宄的基礎就是制備出各類元素摻雜的單晶。
[0004]現有的技術中REBCO準單晶制備采用的是Y123+lwt% CeO2，這種制備方法因其中含有的固體Y211較少，表面張力作用小，液體流失比較嚴重，導致晶體生長速度慢，生長不完全，導致研發人員無法進行有效的物性研宄及器件的應用開發。
【發明內容】
[0005]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REBCO準單晶生長工藝中控制液體流失的方法，用于解決現有技術中REBCO準單晶生長工藝中液體流失嚴重的問題，該方法有效地控制液體流失，液體流失量控制在極小的范圍之內，使得REBCO準單晶的晶體生長良好、完整。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種REBCO準單晶生長工藝中控制液體流失的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一，制備RE123相的前驅粉末；
[0008]步驟二，制備鑲嵌式籽晶的前驅體:將所述RE123相的前驅粉末和其他摻雜物質混合后放入模具內，然后將籽晶嵌入所述模具內混合粉末的上表層中央區域，壓制而成圓柱形的前驅體；其中，所述其他摻雜物質包括Fe2O3和CeO2;所述CeO2的質量為所述RE 123質量的1%，所述Fe2O3的摩爾數為所述RE123摩爾數的3% ；
[0009]步驟三，將所述鑲嵌式籽晶的前驅體置于生長爐中進行熔融織構生長工藝，獲得REBCO準單晶。
[0010]優選地，所述步驟一包括:按照RE:Ba:Cu = 1:2:3的摩爾比例將RE203、BaCOjPCuO粉末混合，得到RE123相的前驅粉末；將所述RE123相的前驅粉末研磨后，在空氣中900°C燒結48小時并重復3次此研磨、燒結過程。
[0011 ] 優選地，所述籽晶為NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。
[0012]優選地，所述鑲嵌式籽晶是指在壓制過程中，將所述籽晶鑲嵌在所述前驅體的中央區域的內部，且所述籽晶的誘導生長面與所述圓柱形的前驅體的圓形表面平行。
[0013]優選地，所述籽晶的尺寸為2mmX2mm。
[0014]優選地，所述熔融織構生長工藝包括以下步驟:使所述生長爐內的溫度在第一時間內升至第一溫度，保溫2小時；使所述生長爐內的溫度在第二時間內升至第二溫度，保溫2小時；使所述生長爐內的溫度在第三時間內降至第三溫度；使所述生長爐內的溫度在第四時間內降至第四溫度；最后淬火，獲得REBCO準單晶。
[0015]優選地，所述第一時間為4小時，所述第一溫度為950°C ;所述第二時間為2小時，所述第二溫度高于所述REBCO準單晶的包晶反應溫度78?80°C ;所述第三時間為30分鐘，所述第三溫度為所述包晶反應溫度；所述第四時間為15?45小時，所述第四溫度為低于所述包晶反應溫度3?9°C。
[0016]優選地，所述籽晶的非誘導生長面所在的平面與圓柱形的前驅體的圓形上表面所在的平面共面。
[0017]優選地，所述REBCO為YBCO。
[0018]本發明提供REBCO準單晶生長工藝中控制液體流失的方法，具有以下有益效果:采用鑲嵌式籽晶的前驅體熔融織構制備REBCO準單晶，在制備工藝過程中，將RE123相的前驅粉末按RE123+3mol% Fe203+lwt% CeO2的比例均勻混合后，壓制而成圓柱形前驅體，將籽晶水平固定地嵌入前驅體上表面中央區域的內部，該方法簡單、易于操作、完全重復可控；并且與傳統的以RE123+lwt % CeOj^比例的制備方式相比，本發明可以有效控制液體流失，減少因液體流失對REBCO準單晶的生長速度及晶體完整性的影響，有利于研發人員進行物性研宄及器件的應用開發。
【附圖說明】
[0019]圖1顯示為本發明提供的REBCO準單晶生長工藝中控制液體流失的方法的示意圖；
[0020]圖2顯示為本發明前驅體和鑲嵌籽晶在生長爐內的擺放的結構示意圖；
[0021]圖3是本發明的實施例一的熔融織構生長工藝的溫度程序的示意圖；
[0022]圖4是本發明的實施例一中獲得的得到的YBCO準單晶的光學照片；
[0023]圖5是本發明的實施例一中獲得的得到的YBCO準單晶側面的光學照片；
[0024]圖6是傳統方法獲得的YBCO準單晶下方墊片的光學照片；
[0025]圖7是本發明的實施例一中獲得的YBCO準單晶下方墊片的光學照片。
[0026]元件標號說明
[0027]SlO ?S30步驟
[0028]I前驅體
[0029]2籽晶
【具體實施方式】
[0030]本發明采用鑲嵌式籽晶熔融織構制備鐵與氧化鈰聯合摻雜的REBCO準單晶體，在制備工藝過程中，只需要將Fe2O3和CeO2均勻混入前驅體粉末中，將籽晶水平固定地嵌入前驅體上表面中央區域的內部，方法簡單、易于操作、完全重復可控。采用Fe2O3粉末作為鐵摻雜與CeO2聯合摻雜的REBCO準單晶的前驅粉體的組分，在熔融織構法的高溫煅燒過程中，Fe2O3發生化學反應，氧元素隨CO 2釋放揮發，留下Fe元素均勻分布于REBCO的化學結構內，從而實現REBCO準單晶中的鐵元素和氧化鈰的均勻摻雜。
[0031]本發明控制液體流失的原理:在YBCO準單晶體生長過程中要經歷非常高的溫度，高溫會使前驅體成為固溶體，其中的Y211相為固相部分，液相部分在重力作用下向下流失，鐵元素具有細化固相Y211相的作用，使得Y211相顆粒變小，固相的總表面積增大，固相的表面張力增大，液體粘度增大，使得液體流動受到的阻力增大，故減少液體的流失。
[0032]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。
[0033]請參閱圖1至圖7。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0034]本發明提供一種REBCO準單晶生長工藝中控制液體流失的方法，如圖1所示，包括:
[0035]步驟一 SlO:制備RE123相的前驅粉末。
[0036]按照RE:Ba:Cu = 1:2:3的摩爾比例將RE2O3' BaCO3和CuO粉末混合，得到RE 123相的前驅粉末；將所述RE123相的前驅粉末研磨后，在空氣中900°C燒結48小時并重復3次此研磨、燒結過程。
[0037]步驟二 S20:制備鑲嵌式籽晶的前驅體:將所述RE123相的前驅粉末和其他摻雜物質混合后放入模具內，然后將籽晶嵌入所述模具內混合粉末的上表層中央區域，壓制而成圓柱形的前驅體；其中，所述其他摻雜物質包括Fe2O3和CeO2;所述CeO2的質量為所述RE123質量的1%，所述Fe2O3的摩爾數為所述RE123摩爾數的3%。
[0038]本發明中所述籽晶為平板狀，其包括相對的誘導生長面和非誘導生長面。
[0039]所述籽晶采用NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶，該薄膜引入了 YBCO中間緩沖層結構，更好的提升薄膜的過熱性質。NdBCO/YBCO/MgO薄膜比常規的NdBC0/Mg0薄膜過熱度提高了20K，在誘導REBCO超導單晶塊材生長中可承受高達1120°C的最高溫度。
[0040]在鑲嵌式籽晶的前驅體的制備過程中，圓柱體的模具豎直放置，前驅粉末加入模具后，將平板狀籽晶水平鑲嵌在所述前驅粉末中，且鑲嵌平板狀籽晶時其誘導生長面向下。
[0041]所述籽晶鑲嵌在所述前驅體的中央區域的內部，且所述籽晶的誘導生長面與所述圓柱形的前驅體的圓形表面平行，所述籽晶的非誘導生長面所在的平面與圓柱形的前驅體的圓形上表面所在的平面共面。
[0042]步驟三S30:將所述鑲嵌式籽晶的前驅體置于生長爐中進行熔融織構生長工藝，獲得REBCO準單晶。
[0043]將所述生長爐內的溫度在4小時內升至950°C，保溫2小時；將所述生長爐內的溫度在2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78?80°C，保溫2小時；將所述生長爐內的溫度在30分鐘內降至第三溫度；所述第三溫度為所述包晶反應溫度；將所述生長爐內的溫度在15?45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3?9°C ;最后淬火，即隨著生長爐冷卻，獲得REBCO準單晶。
[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(新)固相的恒溫轉變過程。這時恒溫轉變溫度就是包晶反應溫度。比如，本發明中按Y123+3mol% Fe203+lwt% CeO2比例的合金的包晶反應溫度為1002°C。
[0045]在所述熔融織構生長工藝完成后，觀察所述REBCO準單晶下方墊片的液體流失情況。
[0046]實施例一
[0047]本實施例中，如圖2所示熔融織構生長工藝中，籽晶2和前驅體I在生長爐內的擺放示意圖，圖3所示熔融織構生長工藝中籽晶2和前驅體I進行熔融織構生長的