專利名稱：一種提高單疇ybco超導塊臨界電流的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高單疇釔鋇銅氧(YBCO)超導塊臨界電流的方法，屬于功 能材料領域。
背景技術：
熔融織構YBCO超導塊能夠俘獲高的磁場。并有希望在飛輪儲能，電機轉 子，高性能的磁源，磁浮裝置等獲得運用。盡管人們已經獲得了比較高的臨界電
流密度。但是實際工業應用需要更高的，尤其是高場下的臨界電流密度。由于n
型超導體的相干長度只有幾個納米。應此，這方面的努力集中在化學摻雜和添加
非超導的納米顆粒作為Y123基體的第二相。例如 一方面，非磁性離子(如Li+) 替代Cu02面上的Cu離子；磁性離子(如Co3+)替代Cu02鏈上的Cu離子都
因為可局部破壞庫泊對，從而創造非常有效的STe-型磁通釘扎中心。這種磁通釘
扎中心可有效的提高臨界電流密度，特別是磁場條件下的臨界電流密度。另一方
面，納米尺度的Y2BaCu05禾卩Y2Ba4MCuOy (M=U, Mo, W， Ta， Nb, Hf， Zr， Ru, Ag, Sb, Sn， Bi)可在Y123基體中創造孿晶、位錯、堆垛層錯等各種微觀缺陷。而這 些缺陷的密度分布導致超流電子運動的平均自由程在空間有漲落，從而可增強 Sl-型磁通釘扎進而提高臨界電流密度，特別是自場下的臨界電流密度。此外，添 加納米尺度的ZK)2顆粒被證明是結合以上提到的兩種不同類型的釘扎效果。因 為納米Zr02顆粒總是幾乎全部轉化為BaZr03第二相，而且這種納米第二相可 在包晶生長過程中避免粗化進而增強51-型磁通釘扎。納米Zr02顆粒中不可避免 的會有少量Zr4+離子進入YBCO晶格進而增強5Tc-型磁通釘扎。結果，相比沒 有摻納米Zr02顆粒的樣品。自場下臨界電流密度可提高近20000 A/cm2，遺憾的 是高場(2T)下臨界電流密度只提高了近5000 A/cm2。而通過替代銅位高場(2T) 下臨界電流密度通常可提高近20000~30000 A/cm2。納米氧化物作為非常有前途 的有效提高寬場范圍內超導性能的添加劑。嘗試摻雜其它納米氧化物，以期待臨 界電流密度，特別是高場下臨界電流密度能有更大的提升。
發明內容
本發明的目的是通過在單疇YBCO超導塊中添加摻雜材料的方法有效提高 單疇YBCO超導塊寬場范圍內臨界電流。一種提高單疇YBCO超導塊臨界電流的方法，其特征是在單疇YBCO超導 塊先驅粉中摻雜粒徑20~100nm的Si02納米粉末，將Si02納米粉末按相對于 YBCO超導塊先驅粉的0.02 lwt。/。的比例加入該先驅粉末中，經球磨混合均勻 后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構生長工藝(TSMTG)生成 單疇結構的YBCO超導塊，TSMTG是頂部籽晶輔助熔融織構生長工藝英文Top Seeded Melt Textured Growth的縮寫。
先驅粉是YBa2Cu307-d和Y2BaCu05混合粉，YBa2Cu307-d和Y2BaCu05 摩爾比為7:3 。 YBa2Cu307-d粉由Y203， BaC03， CuO按l: 4: 6摩爾比混 合，經880'C燒50小時而成，中間取出重新混合1次。Y2BaCu05粉由Y203， BaC03， CuO按l: 1: l摩爾比混合，經80(TC燒120小時而成，中間取出重新 混合兩次。
摻雜材料Si02納米粉末的制備工藝為將正硅酸四乙酯、無水乙醇和去離
子水按體積比1: 1-3: l-3配成清澈透明溶液。經50-9(TC水浴，并攪拌1-3小時。 再用氨水調節PH值到8-10，繼續攪拌直到形成乳白色凝膠。在空氣中放置一星 期后經70-90。C干燥10-30小時，可形成干凝膠。將干凝膠研磨成細粉，經400-700 'C焙燒0.5-2.5小時可得到粒徑20 100nm的Si02納米粉末。
Si02納米粉末相對于YBCO超導塊先驅粉的添加比例在0.02 lwt。/。范圍中 能夠取得好效果，超出此范圍會引起性能的下降。
本發明所采用的球磨混合、單軸模壓成型、頂部籽晶輔助熔融織構生長工 藝(TSMTG)均為公知工藝。
本發明的優點是有效提高了單疇YBCO超導塊材寬場范圍內的臨界電流。
圖1為不同成分YBCO單疇超導塊77K下臨界電流與磁場之間的關系圖。 其中A是未摻雜超導塊，B是摻0.06 wt%納米Si02的超導塊。
具體實施例方式
實施例1
將正硅酸四乙酯、無水乙醇和去離子水按體積比1: 1-3: l-3配成清澈透明
溶液。經50-9(TC水浴，并攪拌l-3小時。再用氨水調節PH值到8-10，繼續攪 拌直到形成乳白色凝膠。在空氣中放置一星期后經70-卯'C干燥10-30小時，可 形成干凝膠。將干凝膠研磨成細粉，經400-700'C焙燒0.5-2.5小時可得到粒徑 20~100nm的Si02納米粉末。將Si02納米粉末按相對于YBCO超導塊先驅粉的0.03wt%， 0.06wt。/。和 0.09wt。/。的比例加入該先驅粉末中。放入瑪瑙罐中用釔穩定氧化鋯球研磨。按 300~400目研磨粒度配球，球料重量比約為l: 1.2,研磨時間約2小時。經球磨 混合均勻后，用15MPa的壓強單軸模壓成型。再采用頂部籽晶輔助熔融織構生 長工藝(Top Seeded Melt Textured Growth,縮寫為TSMTG工藝)生成三種不同 成分的單疇YBCO超導塊。TSMTG工藝過程和具體參數如下將c軸取向的 SmBCO或NdBCO小晶體放在模壓成型的圓柱狀YBCO塊的頂表面中心位置， 保持其c軸與園柱狀材料的對稱軸平行。將帶有籽品的成型塊放入加熱爐中，以 250°C 350。C/小時的速率快速升溫至1030°C±5°C，保溫1 2小時后以400°C~ 60(TC/小時的速率快速降溫至1000°C 1005°C，再以0.3 0.5 "C/小時的速率 緩慢降溫至980。C士5。C，然后以100 200。C/小時的速率冷卻到室溫，使YBCO 塊經歷部分熔化后再凝固的過程，生成單疇結構的YBCO超導塊。
從上述三種不同成分的單疇超導塊上取樣，分別測量其在77K溫度下的臨 界電流密度U)，其中摻雜0.06wt。/。 Si02的樣品效果最好，A比未慘雜樣品大 幅度提高(見圖1)。
比較例1
將YBCO粉末用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構生長工藝 (TSMTG)生成單疇YBCO超導塊。
測量了 77K溫度下單疇超導塊的臨界電流密度Uc)。在圖l, 2， 3中，未 摻雜單疇超導塊的曲線A分別明顯低于摻雜0.06wt。/。的Si02的超導塊的曲線B。
權利要求
1、一種提高單疇YBCO超導塊臨界電流的方法，其特征是在單疇YBCO超導塊先驅粉中摻雜粒徑20～100nm的SiO2納米粉末，將SiO2納米粉末按相對于YBCO超導塊先驅粉的0.02～1wt％的比例加入單疇YBCO超導塊先驅粉末中，經球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構生長工藝生成單疇結構的YBCO超導塊。
2、 如權利要求1所述一種提高單疇YBCO超導塊臨界電流的方法，其特征 是摻雜材料Si02納米粉末的制備工藝為將正硅酸四乙酯、無水乙醇和去離子 水按體積比l: 1-3: l-3配成清澈透明溶液，經50-90。C水浴，并攪拌l-3小時， 再用氨水調節PH值到8-10，繼續攪拌直到形成乳白色凝膠；在空氣中放置一星 期后經70-卯。C干燥10-30小時，形成干凝膠；將干凝膠研磨成細粉，經400-700 。C焙燒0.5-2.5小時即得到粒徑20 100nm的Si02納米粉末。
全文摘要
一種提高單疇YBCO超導塊臨界電流的方法，屬于功能材料領域。其特征是在單疇YBCO超導塊先驅粉中摻雜粒徑20～100nm的SiO<sub>2</sub>納米粉末，將SiO<sub>2</sub>納米粉末按相對于YBCO超導塊先驅粉的0.02～1wt％的比例加入該先驅粉末中，經球磨混合均勻后，用單軸模壓成型，再采用頂部籽晶輔助熔融織構生長工藝(TSMTG)生成單疇結構的YBCO超導塊。SiO<sub>2</sub>納米粉末的制備工藝為將正硅酸四乙酯、無水乙醇和去離子水按體積比1∶1-3∶1-3配成清澈透明溶液，經水浴、攪拌形成乳白色凝膠；再經形成干凝膠后研磨成細粉，經400-700℃焙燒0.5-2.5小時即得到粒徑20～100nm的SiO<sub>2</sub>納米粉末。本發明有效提高了單疇YBCO超導塊材寬場范圍內的臨界電流。
文檔編號C04B35/45GK101429019SQ20081023896
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月8日 優先權日2008年12月8日
發明者巧 馮, 敏 商, 焦玉磊, 燕青芝, 玲 肖, 葛昌純, 鄭明輝 申請人:北京科技大學