[发明专利]一种制备钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料，尤其涉及一种制备钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体的方法。

背景技术

自REBa₂Cu₃O_x（简称REBCO、RE123、稀土钡铜氧，其中RE=Y、Gd、Sm、Nd等）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超导体在诸如磁悬浮力、磁性轴承、飞轮储能和永磁体等方面有许多潜在的应用。

对于进一步的科研工作及物性分析，化学元素掺杂的REBCO高温超导体具有重要意义。这是由于元素掺杂的基本机理和基础研究还不是很系统。譬如：掺杂元素在REBCO基体中的存在位置及存在方式；掺杂物本征特性对组织结构和超导性能的影响；掺杂物对凝固行为的影响等研究缺乏关联性，很难理解掺杂的理论本质。加之高温超导材料研究的时间相对比较短，许多基本机理还不是很清楚，所以掺杂效应研究有必要进行深入探讨。其对研究REBCO的性能与结构的关系和探讨高温超导机理都具有深远意义。而制备出高掺杂量的REBCO单晶体是以上科学研究重要前提。

传统制备REBCO单晶体的方法是利用顶部籽晶提拉法（TSSG），这种方法难以生长大尺寸掺杂样品。它的局限性主要体现在对于坩埚的依赖，例如在TSSG生长过程中应用Y₂O₃坩埚时，由于元素掺杂后的Ba-Cu-O液体和坩埚有好的浸润性使得液体很容易爬出坩埚，无法进行大尺寸生长。如换用与液体不浸润的坩埚，例如Al₂O₃坩埚，则会在生长过程中产生Al元素的污染。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新型的制备钙掺杂的的REBCO高温超导准单晶体的方法，无污染、生长速度快。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种采用顶部籽晶熔融织构制备钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体的方法，克服现有技术中提拉法依赖于坩埚、生长速度慢、存在其他元素的污染等缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体的方法，包括如下工序：

a）制备RE123相的粉末；

b）制备前驱体；

c）将籽晶放置在前驱体的上表面；

d）将前驱体和籽晶置于生长炉中进行熔融织构生长高温超导材料；其中，工序b）中的前驱体为工序a）获得的RE123相的粉末按RE123+（0～15）wt%CaCO₃+（0.3～1.5）wt%CeO₂的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体。

进一步地，工序a）包括：

按照RE:Ba:Cu=1:2:3的比例将RE₂O₃、BaCO₃和CuO粉末混合，得到RE123相的前驱粉末；

将RE123相的前驱粉末研磨后，在空气中900℃烧结48小时并重复3次此研磨、烧结过程。

进一步地，工序a）中，前驱体的直径为15～30mm。

进一步地，工序d）中，RE123+（0～15）wt%CaCO₃+（0.3～1.5）wt%CeO₂的比例是指：RE123、CaCO₃和CeO₂的质量比为1：（0～15）%：（0.3～1.5）%。

进一步地，工序d）的熔融织构生长包括以下步骤：使生长炉内的温度在第一时间内升至第一温度；保温2～5小时；使生长炉内的温度在第二时间内升至第二温度；保温1～2小时；使生长炉内的温度在第三时间内降至第三温度；使生长炉内的温度在第四时间内降至第四温度；使生长炉内的温度在第五时间内降至第五温度；使生长炉内的温度在第六时间内降至第六温度；最后淬火，获得钙掺杂的REBCO高温超导准单晶体。

进一步地，第一时间为3～5小时，第一温度为900℃～950℃；第二时间为1～2小时，第二温度高于REBCO高温超导准单晶体的包晶反应温度30～80℃；第三时间为15～30分钟，第三温度为包晶反应温度；第四时间为10～20小时，第四温度为低于包晶反应温度2～4℃；第五时间为15～30小时，第五温度为低于包晶反应温度3～6℃；第六时间为15～40小时，第六温度为低于包晶反应温度3～10℃。

进一步地，淬火为：将REBCO高温超导准单晶体随炉冷却。