[发明专利]熔融织构工艺制备单畴超导块材中放置热籽晶的简易方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种熔融织构生长工艺制备高温超导块材的方法，具体涉及在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备高性能单畴REBaCuO高温超导块材时放置热籽晶的方法。

背景技术

REBCO(RE：Y，Gd，Eu，Sm，Nd)超导块材作为高温超导材料研究的一个分支，由于具有优越的超导性能，如自稳定磁悬浮特性和高场磁通俘获能力。在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁分离装置等领域有广阔的应用前景。目前，结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺是制备高性能大尺寸超导块材的通用技术，由于REBaCuO超导块材的高度各向异性，所以籽晶技术的引入使生长单一取向的REBaCuO超导块材成为现实。但对籽晶的选取必须满足几个条件：一是与母体的晶格失配度小；二是熔点必须高于母体的熔化温度(熔化温度高于包晶反应温度)；三是与母体无化学不相容性。由于几种(RE)-123体系的晶格常数十分相近，它们之间的熔点又彼此不同，如可用NdBCO或SBCO晶体作籽晶生长单畴YBCO超导块材，因为籽晶是在室温时放置的，通常称为冷籽晶技术。然而，对于像NdBCO和SmBCO这些熔点高的体系，就很难找到合适的冷籽晶材料。为此只好引入热籽晶技术，即在母体部分熔化后并冷却至其包晶反应温度之上时才利用特殊装置放置籽晶。目前主要采用高温时打开炉门或采用复杂特殊的装置放置热籽晶。高温时打开炉门放置籽晶，一方面容易对高温炉造成损伤，另一方面也容易使炉温波动太大，影响工艺过程；采用特殊装置放置籽晶，一方面装置较复杂，另一方面也不容易控制籽晶的位置，而且这些方法都不便于一次放置多个籽晶，显然不利于工业化规模生产。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供一种熔融织构工艺制备单畴超导块材中放置热籽晶的简易方法，在放置籽晶时，不仅不必在高温时打开炉门，而且不需使用特殊复杂装置，并可以同时放置多个籽晶，对炉温不产生明显影响，解决了小批量生产中热籽晶的放置问题。

为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：

一种熔融织构生长工艺制备高温超导块材中放置热籽晶的方法，该方法包括如下步骤：

A.在可以精密控温的五面加热的箱式高温炉或带底部加热的井式炉的顶部开设一个或多个通孔，通孔的直径为10-20mm；

B.在直径5-13mm的耐热直杆的一端用粘结剂固定籽晶；

C.在用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备高性能单畴REBaCuO高温超导块材的工艺过程中，将超导材料母体在经步骤A改造的炉体中升温至高于包晶反应温度20-50℃，保温1-2h，随后冷却至高于包晶反应温度4-6℃；此时把粘结籽晶的耐热直杆从炉子顶部插入，籽晶接触母体试样顶表面，耐热直杆停留至粘结剂熔化籽晶脱落，随后取出耐热直杆。

如上所述的方法，其中，该多个通孔彼此间距优选为30-60mm。

如上所述的方法，其中，该通孔内固定有内径8-16mm的耐热套管，以防止在放置热籽晶的过程中有杂质掉落在试样之上。

如上所述的方法，其中，该耐热套管的材料选自不锈钢、铜、黄铜、陶瓷或高温合金。

如上所述的方法，其中，该耐热直杆的材料选自不锈钢、铜、黄铜、陶瓷或高温合金，长度以直杆插入到样品顶表面后高出炉子上表面100-300mm为宜。

如上所述的方法，其中，该高温合金为指在650℃以上温度下能承受一定应力并具有抗氧化、耐腐蚀性能的合金。

如上所述的方法，其中，该高温合金选自镍基高温合金、铁基高温合金和钴基高温合金。

如上所述的方法，其中，该高温合金为镍基高温合金GH3039，Ni：～72％，Cr：～22％，Mo：～1.8％，Nb：～1.3％。

如上所述的方法，其中，该粘结剂选自在30-50℃时，可在1-4小时内固化，而且可在300℃以上1分钟之内脱落挥发，挥发物不影响超导块材的生长及性能的粘结剂。

如上所述的方法，其中，该粘结剂为波夫胶。

如上所述的方法，为了使放置籽晶的过程对炉膛的温度扰动较小，优选地，步骤C中籽晶的放置过程用时控制在2分钟之内。

如上所述的方法，为了使最终放置在试样上的籽晶能够诱导试样定向生长，优选地，步骤C中籽晶接触母体试样的一面为完整的ab面。