[发明专利]一种无籽晶诱导的熔融法生长REBCO高温超导准单晶的方法

说明书

本发明公开了一种无籽晶诱导的熔融法生长REBCO高温超导准单晶的方法，包括步骤：a)按照RE：Ba：Cu＝1：2：3的摩尔比配置并充分混合制备粉末；b)将a)中制备好的粉末反复烧结研磨三次，最后过筛获得REBa₂Cu₃O_6.5前驱体粉末；c)称取一定量的b)中制备好的REBa₂Cu₃O_6.5前驱体粉末，加入一定量的CeO粉末和过渡金属氧化物，充分混合，压制成料棒；d)将c)中制得的料棒放入管式炉中，利用无籽晶诱导的熔融法生长REBCO高温超导准单晶；本发明通过添加一定量的CeO粉末和过渡金属氧化物，优化熔化和生长温度以及时间，有效减少了晶体生长时熔体的流失，缩短了制备周期，生长出了REBCO高温超导准单晶。

技术领域

本发明涉及高温超导材料制备领域，更具体地，涉及一种无籽晶诱导的熔融法生长REBCO高温超导准单晶的方法。

背景技术

自高温超导体稀土钡铜氧REBa₂Cu₃O_7-δ(简称REBCO、RE123，其中RE＝Y、Gd、Sm、Nd等)被发现以来，就引起了全球科技工作者的高度关注。由于REBCO超导体具有高的临界电流密度、高的冻结磁场以及完全抗磁性等特征，在诸如飞轮储能、磁性轴承、磁悬浮和永磁体等诸多方面都有潜在的应用价值。此外，由于REBCO高温超导体的超导机制还没有被完全理解，而探索高温超导现象的缘由需要大尺寸、高质量、高元素掺杂量的单晶体，因此如何制备这样的晶体变得非常重要。

顶部籽晶提拉法(TSSG)和助溶剂法是生长REBCO高温超导晶体的常用方法，但是这两种方法都需要用到坩埚，增加了坩埚对样品污染的风险，同时第一种方法设备昂贵操作复杂，增加了晶体制备的成本。另外，顶部籽晶熔融法(TSMG)也较为常用，但是这种方法需要籽晶，增加了高温下籽晶基板融化污染样品的风险。

因此，本领域的技术人员致力于实现设备简易、高致密度、非超导相含量低、尺寸大的准REBCO超导单晶的生长。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无籽晶诱导的熔融法生长REBCO高温超导准单晶的方法，在空气气氛中用无籽晶诱导的熔融法生长REBCO高温超导准单晶，满足科研和实际工业化生产的需求。

发明人在发明创造本申请的构思为：

在现有技术中科研人员一般利用TSSG法、助溶剂法和TSMG法生长REBCO高温超导晶体。发明人创新性地将目光聚焦于无籽晶诱导的熔融法。无籽晶诱导的熔融法采用管式炉将相应组分的料棒加热至熔融状态，料棒中掺Ce的目的是提高液体的粘度，降低了料棒和支撑它的锆珠之间的接触，极大的减少了支撑材料带来的潜在污染。同时，没有籽晶的生长方法消除了高温下籽晶基板融化对样品的污染。无籽晶诱导的熔融法的主要特点是，料棒在烧结程序后，升到REBCO包晶反应温度以上，再降温，在一定的过冷度下，自发形核结晶。通过对熔化和生长的温度以及时间的精确调控，获得最优质量和最大尺寸REBCO准单晶。该方法设备简单、易于操作，可以实现尺寸约Φ2mm×5mm的准单晶的制备。

一般TSMG法生长的REBCO高温超导准单晶时，需要籽晶诱导、增加了晶体制备的成本以及复杂程度。同时该方法用于晶体生长的块材，是用圆柱形磨具压制的，导致块材的致密度不均匀，孔洞率高，影响晶体的超导性能。基于此在制备无籽晶诱导熔融法的料棒时，我们在前驱体粉末中加入一定量的稀土金属氧化物粉末和过渡金属氧化物粉末，前者有利于细化包晶反应中的RE211，后者有利于实现RE123的瞬间分解，导致大量纳米尺度的RE211，有利于后期RE123结晶时，实现完全包晶反应。另外，我们的料棒是在55～60MPa等静压下压制而成，料棒的致密度优于用于顶部籽晶熔融熔法中的块材。

本发明利用无籽晶诱导的熔融法生长REBCO高温超导准单晶的方法，包括如下工序：