[发明专利]利用片状REBCO单晶生长REBCO准单晶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料，尤其涉及一种利用片状REBCO单晶作为籽晶诱导生长REBCO准单晶的方法。

背景技术

自REBa₂Cu₃O_x(简称REBCO、RE123、稀土钡铜氧，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REBa₂Cu₃O_x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,籽晶这一用于提供生长形核点、控制生长取向、抑制自发形核的材料对于晶体的生长至关重要。顶部籽晶熔融织构法(MT)生长REBCO高温超导体需要在上千度的高温下进行，将前驱体先在高温下熔化成熔融状态，然后再降温过程中发生包晶反应生成晶体。这就要求籽晶要承受住使前驱体熔化的高温，并在结晶过程中提供生长形核点、控制生长取向。

目前，可以通过REBCO进行元素掺杂(比如掺杂镁元素)提高籽晶熔点从而诱导生长REBCO准单晶。另外薄膜籽晶也可以作为籽晶，比如NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶因具有过热性能从而可以用来诱导生长REBCO准单晶。

然而，对于大规模生产REBCO材料而言，上述籽晶材料的成本仍然较高。因此，继续寻求低成本的籽晶材料仍是本领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、制备简单、成品率高的REBCO籽晶材料，基于熔融织构法制备生长REBCO高温超导准单晶，以满足科研和实际工业化生产的需求。

本发明解决上述技术问题的思路在于：发明人经理论和实验研究发现，REBCO晶体表面能具有各向异性，a-b面的表面能低，较难熔化，薄膜作为准二维结构具有低的表面能，所以热稳定性好。根据上述REBCO晶体过热机理，可以得知并经实验验证发现薄片状的REBCO单晶同样具有良好的过热性能和热稳定性，能够用于籽晶制备生长REBCO高温超导材料，包括块体材料、准单晶材料等，并且无需制备元素掺杂的REBCO晶体，也无需采用镀膜技术制备薄膜籽晶。

为实现上述目的，本发明提供了一种利用片状REBCO单晶生长REBCO准单晶的方法，包括如下工序：

a)制备RE123相的粉末；

b)使用片状REBCO晶体作为籽晶，按RE123+(0.3～1.5)wt％CeO₂的配比制备嵌入式籽晶的前驱体；

c)将所述嵌入式籽晶的前驱体置于生长炉中进行熔融织构法生长准单晶；

其中，所述片状REBCO晶体是通过沿a-b面解离REBCO单晶而获得；所述片状REBCO晶体沿c轴方向的厚度为0.05mm～2mm，沿a-b面的尺寸为2mm×2mm～10mm×10mm。

进一步地，所述工序a)包括：

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

将所述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，所述工序b)中的前驱体为工序a)获得的RE123相粉末按RE123+(0.3～1.5)wt％CeO₂的比例混合均匀，压制而成的圆柱形前驱体；所述嵌入式籽晶是指在压制过程中，将籽晶的诱导生长面水平地固定嵌入所述前驱体的中央区域的内部。

进一步地，待解离的所述REBCO单晶是通过顶部籽晶溶液法生长制得。

进一步地，所述工序b)中，所述前驱体的直径为15～30mm，所述前驱体的高度为5～20mm。

进一步地，所述工序c)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降至第二温度；使生长炉内的温度在第三时间内降至第三温度；最后淬火，获得所述REBCO准单晶。

进一步地，第一时间为3～10小时，第一温度高于REBCO准单晶的包晶反应温度30～80℃；第二时间为15～30分钟，第二温度为包晶反应温度；第三时间为10～50小时，第三温度为低于包晶反应温度5～20℃。

进一步地，所述淬火为：将所述REBCO准单晶随炉冷却。