[发明专利]一种制备大尺寸和复杂形状的大块钇系超导块材方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域一种大尺寸或复杂形状大块钇系超导块材的制备方法，特别是涉及单畴钇钡铜氧(YBaCuO)高温超导块材的制备。

背景技术

YBCO(YBaCuO)超导块材是一种通过包晶反应生成具有c轴择优取向晶体结构的氧化物陶瓷材料，是一种具有强磁通钉扎和高临界电流密度的非理想第II类超导体。通常是采用顶部籽晶熔融织构生长法(TSMTG-Top-seeded melttextured growth)制备，具体方法是以高熔点的SmBCO小单晶体作为籽晶，在一定的温度梯度环境下，使熔融的YBCO沿籽晶的织构方向定向凝固、生长成与籽晶基本一致的准单晶组织。由于受晶体生长的特点(非常慢，每小时只生长毫米量级甚至更少)的限制，在制备大尺寸及复杂形状YBCO块材时，遇到了很大的困难，因此，急需一种高效的制备技术制备大尺寸或结构相对复杂的YBCO高温超导器件。

与常规钎焊原理不同，添加较低熔点超导中间层的YBCO超导块材的钎焊连接是基于单畴超导YBCO块材的TSMTG制备工艺。即，钎焊过程中，固态母材相当于籽晶，加热到半固态(固—液态)的低熔点钎料沿着母材基体定向凝固和生长，生成织构与母材一致、晶体结构与母材相同的钎缝组织。其工艺实质是采用与母材性能相近、晶体结构相同且包晶反应温度略低于母材包晶反应温度的超导中间层作为钎料，并在介于两个包晶反应温度之间的温度区间进行连接，从而获得大尺寸的YBCO超导块材。

发明内容

本发明的目的是提供一种大尺寸或复杂形状单畴钇钡铜氧(YBaCuO)高温超导块材的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种制备大尺寸或复杂形状单畴钇钡铜氧高温超导块材的方法，基于顶部籽晶熔融织构生长法制备钇系块材的生长原理和工艺，以超导粉作为钎料，通过连接高性能、小尺寸YBCO块材，形成与其晶体结构相同、超导性能相近的接头，从而实现单畴钇钡铜氧块材的大尺寸化。

所述技术方案包括以下具体步骤：

1)采用顶部籽晶熔融织构生长法制备大块单畴钇钡铜氧超导块材，并按照垂直于ab面的方向精确切割超导块材，制备连接试样；

2)采用Me₂O₃，Ba₂CO₃，CuO分别制备Me-123相和Me-211相，并按照比例与微量元素均匀混合，在常温下把钎料压制成钎料片，对钎料片进行高温烧结；

3)按照钎焊试样c轴织构方向相同的原则精确装配两块焊接试样，从而制备大尺寸和形状复杂的接头，可以同时对n块钎焊试样进行连接，从而可以制备尺寸更大，形状更复杂的接头；

4)在钎焊温度900～980℃范围内进行钎焊连接，制备钎焊接头，钎焊气氛为大气或流动氧气或者高压氧气；

5)对钎焊接头进行后氧化处理，氧化处理温度为440～470℃，流动氧气氧处理时间为50～80小时，高压氧气氧处理时间为10～20小时，以恢复整个焊接接头的超导性能，从而实现超导块材的制备。

所述超导粉为添加了CeO₂、PtO₂、Pt、Ag或Ag₂O中的一种或几种微量元素的MeBCO，其中Me为Tm，Yb，Y，Er中的一种。

所述Me-211相的比例为5～40wt％，微量元素的比例为0.1～1wt％，其余为Me-123相，其中211，123为Me，Ba和Cu的原子个数比，钎料压制成钎料片的压强为5～10MPa，钎料片的厚度为0.2～2mm。

所述烧结温度为800～920℃。

所述n≥2。

所述后氧化处理为焊接后流动氧气或高压氧气环境处理。

本发明的有益效果是采用钎焊方法制备传统的方法不能制备的大尺寸和复杂形状的YBCO超导块材，并且具有与顶部籽晶熔融织构方法制备的单畴块材相似的超导性能，这种新的发明可广泛应用于超导磁悬浮列车、医疗、军事等领域，且目前通过其他方法不能获得这种大尺寸和复杂形状的YBCO超导器件。

附图说明

图1是YBCO块材的照片。

图2是YBCO块材钎焊的装配示意图。

图3是YBCO块材的钎焊热循环工艺图。

具体实施方式