[发明专利]阶梯型加速缓冷快速生长REBCO高温超导块体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导材料的制备方法，尤其涉及一种阶梯型加速缓冷快速生长REBCO高温超导块体的方法。

背景技术

自REBa₂Cu₃O_x(简称REBCO、RE123、稀土钡铜氧)超导体被发现以来，就引起了人们的广泛关注。由于其具有完全抗磁性、高临界电流密度和高冻结磁场等特性，REBCO超导块材在诸如磁悬浮力、磁性轴承、飞轮储能和永磁体等方面有许多潜在的应用。而在应用层面对块材的要求一般为具有较大的尺寸，较高的临界电流密度(Jc)。因此，大尺寸超导块体材料的制备是制约块体材料实际应用的关键。目前，顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)被普遍认为是一种极具潜力的REBCO高温超导块体材料制备方法。在生长过程中，NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶被放置在REBCO前驱体的上表面中心，作为形核点诱导REBCO块体按照籽晶取向定向凝固生长，最终形成单一c轴取向的单畴超导块材。但是，由于降温速率控制的不合理，块体生长的驱动力不足，使得RE123的生长速率很低，得到大尺寸的超导块材需花费较长时间；而过长的生长时间会导致第二相RE211晶粒粗化，影响块材性能。简单的提高降温速率，虽然可以提供足够的驱动力，在某种程度上可以缩短生长时间，但是，这同时也会引起自发形核的问题。而且，也没有解决因第二相在生长前沿逐渐富集而导致的生长速度变慢，最终停止的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种阶梯型加速缓冷快速生长REBCO高温超导块体的方法，实现在保证籽晶诱导生长的同时，解决产生自发形核和第二相的富集问题。

发明内容

有鉴于现有REBCO超导块体生长技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种阶梯型加速缓冷快速生长REBCO高温超导块体的方法，通过在生长区间内，采用阶梯型加速缓冷的生长程序，快速生长REBCO高温超导块体，实现了在保证籽晶诱导生长的同时，解决产生自发形核和第二相的富集的问题，而且，逐步提高的降温速率，保证了生长所需的越来越大的驱动力。

为实现上述目的，本发明提供了一种阶梯型加速缓冷快速生长REBCO高温超导块体的方法，以c轴取向的NdBCO/YBCO/MgO薄膜为籽晶，将所述薄膜籽晶的ab面接触前驱块体的上表面，将所述前驱块体和所述薄膜籽晶置于生长炉中进行熔融结构生长，所述生长炉的具体温度程序为：从室温开始经过5h升温至960℃，保温3h；继续加热，升温至最高温度T_max，保温1～2h；在15min内，降温至起始生长温度T_s；在生长温度区间内，采用阶梯型加速缓冷的生长程序，生长REBCO高温超导块体。

所述阶梯型加速缓冷的生长程序采用阶梯型的逐渐增加的降温速率，包括一个以上生长阶段，不同生长阶段的降温速率不同，每个所述生长阶段的降温速率比其前一个生长阶段的降温速率高25％～100％，每个所述生长阶段的降温速率相同，每个所述生长阶段的生长时间为5～15h。其中，所述生长时间和所述降温速率与所述前驱块体的尺寸有关，所述前驱体的尺寸越大，所述生长时间越长，所述降温速率增加越缓慢。

进一步地，其中，所述前驱块体的制备步骤为：

1、按照RE∶Ba∶Cu＝1∶2∶3和RE∶Ba∶Cu＝2∶1∶1的比例，将RE₂O₃、BaCO₃和CuO粉末混合以获得RE123相和RE211相粉料，按照RE∶Ba∶Cu＝2∶4∶2的比例将RE₂O₃、BaO₂和CuO粉末混合以获得RE242相粉料，按照RE∶Ba∶Cu∶Bi＝2∶4∶1∶1的比例将RE₂O₃、BaCO₃、CuO和Bi₂O₃粉末混合以获得RE2411相粉料。

2、分别将步骤1所述RE123相粉料、所述RE211相粉料、所述RE242相粉料和所述RE2411相粉料充分研磨均匀后、烧结，将烧结后的粉末再次研磨、烧结，重复三次，得到组分均匀单一的RE123纯相粉末、RE211纯相粉末、RE242纯相粉末和RE2411纯相粉末。