由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高溫銅氧化物超導材料技術領域，具體涉及到一種由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法。
【背景技術】
[0002]利用頂部籽晶技術引導生長的單疇釔鋇銅氧(Y-Ba-Cu-O)高溫超導塊材，能承載很高的體臨界電流，表現出很高的捕獲磁場和磁懸浮性能，在微型超導磁體、超導電機、磁懸浮軸承、儲能飛輪和磁懸浮列車等方面具有廣闊的應用前景。在研制單疇釔鋇銅氧超導塊材的過程中，應用較多的工藝主要有兩種，一種是頂部籽晶熔化生長(TSMG)方法，另一種是頂部籽晶滲透生長(TSIG)方法。
[0003]在TSMG方法中，人們將YBa2Cu307_s前驅粉與Y #&(:1105前驅粉按一定配比混合均勻，然后壓坯成型，在高溫下坯體內粉末熔化，其中的YBa2Cu3CVs相分解為Y #&(:1105與Ba-Cu-O液相，此時整個塊體進入Y2BaCuO5固相與Ba-Cu-O液相共存的半熔融態，并在隨后的慢降溫過程中發生包晶反應重新生成YBa2Cu3CVs相，同時由頂部籽晶引導YBa2Cu3CVs單疇區的生長。而在TSIG方法中，人們將Y2BaCuO5前驅粉單獨壓坯成型，稱為Y2BaCuO5固相塊，再配上一個由YBa2Cu3CVs和富Ba、Cu相的混合成分壓制的輔助塊，稱為液相源塊，然后將兩個坯塊疊放在一起。高溫下，只有液相源塊發生熔化分解，產生的Ba-Cu-O液相滲入多孔的Y2BaCuO5固相塊中，從而達到Y 28&&105與液相共存的半熔融態熔體。因為粉末熔化分解過程僅發生在輔助塊(液相源塊)中，樣品塊(即Y2BaCuO5固相塊)不受影響，所以可以避免TSMG工藝中因液相流失而導致的一系列問題。此外，液相的滲入會抵消樣品在高溫燒結過程中的體積收縮，所以樣品可以很好地保持初始形狀。可以看出，TSMG方法是以坯體粉末熔化、隨后慢冷生長為基本特征，而TSIG方法是以液相滲入固相塊、隨后再慢冷生長為基本特征。它們具有明顯的區別。
[0004]同時可以看出，無論采用哪種方法，釔鋇銅氧單疇塊材的制備都需預制兩種或兩種以上的前驅粉。而前驅粉一般由實驗室人員用傳統的固相反應法制得，即通過反復的高溫煅燒和研磨得到相純凈、小粒度的前驅粉體，每種粉體均需一周時間制得。所以，前驅粉的使用使得釔鋇銅氧超導塊材的制備周期大大延長，效率很低，同時加大了科研人員的工作量，限制了該類材料的批量化制備及大規模、產業化應用。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在于提供一種無需使用前驅粉、由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法。
[0006]為解決上述技術問題本發明所采用的技術方案如下:
一種由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法，其特征在于它由下述步驟組成: (1)配制混合粉:
將平均粒徑50nm的Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉按摩爾比為1:1:1的比例混合，同時添加0.5%?1.5%(w/w)的CeO2初始粉，混合均勻，作為固相混合粉；將平均粒徑50nm的Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉按摩爾比為1:10:16的比例混合均勻，作為液相混合粉；
(2)壓制前驅塊:
取固相混合粉放入圓柱型模具I中，壓制成固相塊；取液相混合粉放入圓柱型模具2中，壓制成液相塊；其中所用固相混合粉與液相混合粉的質量比為1:2.5?3.5，圓柱型模具2的直徑為比圓柱型模具I大1mm ;再取Yb2O3初始粉放入圓柱型模具2中，壓制成厚約2mm的薄片，作為支撐塊；
(3)裝配前驅塊:
將液相塊、固相塊自下而上依次同軸放置在支撐塊的正上方，再將一塊釹鋇銅氧籽晶置于固相塊的上表面中心位置，完成前驅塊的裝配；其中所用釹鋇銅氧籽晶為從多疇釹鋇銅氧塊材上解理下的晶片，其尺寸約為3mmX3mmX 1.5mm ；
(4)高溫熱處理:
將裝配好的前驅塊放在Al2O3墊片上，中間隔以5個等高的MgO單晶粒，然后整體放入井式爐中，以每小時300°C的升溫速率升溫至800?900°C，保溫5?15小時；再以每小時60°C的升溫速率升溫至1030?1040°C，保溫0.5?1.5小時；然后以每小時60°C的降溫速率降溫至1000?1010°C，再以每小時0.2?0.5°C的降溫速率慢冷至970?980°C，隨爐冷卻至室溫，得到納米復合釔鋇銅氧單疇塊材；
(5)滲氧處理:
將納米復合釔鋇銅氧單疇塊材放入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450?400°C的溫區中慢冷200小時，得到納米復合釔鋇銅氧超導塊材。
[0007]在本發明的配制混合粉步驟(I)中，將Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉按摩爾比為1:1:1的比例混合，最佳添加1% (w/w)的CeOdT始粉。
[0008]在壓制前驅塊步驟(2)中，所用固相混合粉與液相混合粉的最佳質量比為1:3。
[0009]在高溫熱處理步驟(4)中，最佳以每小時300°C的升溫速率升溫至850°C，保溫10小時；再以每小時60°C的升溫速率升溫至1035°C，保溫I小時；然后以每小時60°C的降溫速率降溫至1005°C，再以每小時0.33°C的降溫速率慢冷至975°C，隨爐冷卻至室溫，得到納米復合紀鋇銅氧單疇塊材。
[0010]本發明公開的由粉末熔化-液相滲透組合方式制備納米復合釔鋇銅氧超導塊材的方法與現有技術相比所具有的積極效果在于:
(I)本發明使用Y2O3納米粉與Ba0、Cu0、Ce0 2初始粉的混合物壓制固相塊，使用Y 203納米粉與BaO、CuO初始粉的混合物壓制液相塊，在高溫熱處理時，兩個坯塊均會發生粉末熔化過程。此外由于液相塊中BaO、CuO含量高，還會發生Ba-Cu-O液相向上滲透至固相塊的過程，所以本方法是以粉末熔化和液相滲透共存為特征的。
[0011](2)本發明無需使用任何前驅粉，工藝簡單、效率高。通過Y2O3納米粉的使用在樣品內成功引入納米級的Y2BaCuO5S子作為磁通釘扎中心，保證了塊材的超導性能。本發明也可用于制備Nd、Sm、Gd等其他系列的納米復合超導塊材。
[0012]【附圖說明】: 圖1是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的表面形貌圖；
圖2是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的磁懸浮力曲線；
圖3是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的捕獲磁場圖；
圖4是實施例1制備的納米復合釔鋇銅氧超導塊材的微觀結構圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限于這些實施例。其中所用到的納米Y2O3 (平均粒徑50nm)、Yb2O3、CeO2、BaO和CuO化學原料均有市售，所用到的釹鋇銅氧籽晶為從多疇釹鋇銅氧塊材上解理下的晶片，其尺寸約為3mmX3mmX 1.5mm ；
實施例1
(1)配制混合粉:
取49.2302g Y2O3納米粉與33.4276g Ba0、17.3422g CuO初始粉混合，同時添加Ig CeO2初始粉，即Y2O3納米粉與Ba0、Cu0初始粉的摩爾比為1:1:1，同時添加1% (w/w)的CeOjT始粉，混合均勻，作為固相混合粉；取7.4481g Y2O3納米粉與50.5727g Ba0、41.9792g CuO初始粉混合均勻，即Y2O3納米粉與BaO、CuO初始粉的摩爾比為1:10:16，作為液相混合粉；
(2)壓制前驅塊:
取5g固相混合粉放入圓柱型模具I (直徑16mm)中，壓制成固相塊；取15g液相混合粉放入圓柱型模具2 (直徑26mm)中，壓制成液相塊；即所用固相混合粉與液相混合粉的質量比為1:3，圓柱型模具2的直徑為比圓柱型模具I大1mm ;再取3g Yb2O3初始粉放入圓柱型模具2 (直徑26mm)中，壓制成厚約2mm的薄片，作為支撐塊；
(3)裝配前驅塊:
將液相塊、固相塊自下而上依次同軸放置在支撐塊的正上方，再將一塊釹鋇銅氧籽晶置于固相塊的上表面中心位置，完成前驅塊的裝配；
(4)高溫熱處理:
將裝配好的前驅塊放在Al2O3墊片上，中間隔以5個等高的MgO單晶粒，然后整體放入井式爐中，以每小時300°C的升溫速率升溫至850°C，保溫10小時；再以每小時60°C的升溫速率升溫至1035 °C，保溫I小時；然后以每小時60°C的降溫速率降溫至1005 °C，再以每小時0.33°C的降溫速率慢冷至975°C，隨爐冷卻至室溫，得到直徑16mm的納米復合釔鋇銅氧單疇塊材；
(5)滲氧處理:
將納米復合釔鋇銅氧單疇塊材放入石英管式爐中，在流通氧氣氣氛中，450?400°C的溫區中慢冷200小時，得到納米復合釔鋇銅氧超導塊材。
[0015]所制備的納