[发明专利]用于物理气相沉积靶材的稀土钡铜氧化物超导粉末的制备

说明书

本发明提供了一种用于物理气相沉积靶材的稀土钡铜氧化物超导粉末的制备，即采用两步法进行粉末制备。第一步，将一定比例的起始原料碳酸钡和氧化铜粉末进行混合，进行高温合成，获得混合粉末；第二步，将混合粉末加入一定比例的起始原料稀土氧化物或稀土氧化物和其他氧化物的混合物，再次进行高温合成，最后获得高性能超导粉末。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、可以显著提高超导粉末的相纯度，减小有害氧化铜、碳酸钡等未反应原料的含量；2、可以显著降低超导粉末杂质元素特别是碳氮含量；3、该方法获得的超导粉末可制备物理气相沉积用超导靶材，可获高性能的超导带材。

技术领域

本发明属于第二代高温超导材料制备技术领域，具体涉及一种用于物理气相沉积靶材的稀土钡铜氧化物超导粉末的制备。

背景技术

稀土钡铜氧化物是一种实用超导材料，它主要以外延薄膜的形式沉积在柔性金属几代上制备成为第二代高温超导带材。目前，用于制备稀土钡铜氧化物超导膜的制备方法包括，物理气相沉积、化学气相沉积和化学溶液沉积法等。其中物理气相沉积包括磁控溅射和脉冲激光沉积等，可较精确的调控超导膜的显微结构，是一种获得高质量超导膜的制备方法。该技术路线制备超导膜的核心工艺之一就是制备超导靶材。为了提高最终超导膜的质量，超导靶材的相纯度，杂质含量均需要严格控制。其质量取决于制备超导靶材的超导粉末。获得高性能的稀土钡铜氧化物超导粉末，普遍采用的技术路线是，将含合成稀土钡铜氧化物的所有起始粉末同时混合烧结破碎。起始粉末包括碳酸钡或氧化钡、氧化铜、稀土氧化物、或其用于形成其他非超导第二相的氧化物粉末等。由于起始粉末种类多，比重差别较大，在起始粉末同时混合烧结反应形成超导相的过程中，有限的液相难以使得元素充分扩散，需要多次烧结和破碎的过程。即便如此，依然难以获得较高的超导相纯度，难以将有害杂质元素特别是碳的含量降低到较低的水平。由于碳含量在多次烧结破碎过程中，含量通常低于1％，因此难以被常规手段检测发现，其对后续超导靶材的影响通常被忽略，这使得超导靶材的性能不稳定，严重影响了后续超导靶材的使用，也使得超导膜性能降低。如何采用易于工业化的技术路线，制备用于物理气相沉积靶材高性能稀土钡铜氧化物超导粉末，目前尚无有效解决方案。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于物理气相沉积靶材的稀土钡铜氧化物超导粉末的制备。本发明采用两步法进行粉末制备，第一步制备钡铜氧化物混合粉末，再将钡铜氧化物加入一定比例的起始原料稀土化合物或稀土化合物和非超导第二相化合物原料的混合物，再进行高温烧结破碎，最后获得高性能超导粉末。本发明利用第一步高温烧结中起始原料钡化合物和铜化合物两种原料化合反应低，高温下反应更充分，且可生成大量液相，有利于元素扩散的原理；避免了将所有起始原料混合共同烧结导致的液相较少，不利于元素充分扩散的缺点。该制备方法使得超导粉末的相纯度高于99％以上，超导粉末杂质元素碳含量降低至2000ppm以下；采用该方法获得的超导粉末可制备物理气相沉积用超导靶材，可获超导带材的临界电流高于400A/cm(77K，自场)。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种稀土钡铜氧化物超导粉末，所述超导粉末是通过如下两步法进行粉末制备而得的：

第一步，将钡化合物和铜化合物粉末进行混合，高温烧结，然后破碎；重复所述高温烧结和破碎若干次，获得钡铜氧化物粉末；

第二步，将钡铜氧化物粉末加入稀土化合物或稀土化合物和非超导第二相化合物的混合物中，充分混合后，再次进行高温烧结，然后破碎；重复所述高温烧结和破碎若干次，即得所述超导粉末。

优选的，所述超导粉末的成分为稀土钡铜氧化合物以及非超导第二相，其中，所述稀土钡铜氧化合物是钆钡铜氧、钐钡铜氧、钕钡铜氧中的一种或几种，所述非超导第二相是锆酸钡、铪酸钡、锡酸钡中的一种或几种。

优选的，所述第一步中，所述钡化合物选自碳酸钡、氢氧化钡、氯化钡、醋酸钡、丙酸钡；所述铜化合物选自氧化铜、硝酸铜、氢氧化铜、氯化铜、醋酸铜、丙酸铜。