[发明专利]钇钡铜氧系超导材料的制取方法

说明书

本发明为一种制取钇钡铜氧系超导材料的方法。

众所周知，钇钡铜氧系（YBa₂Cu₃O_6.5+δ）材料在90±3K时，直流电阻将降为零，呈现超导态，而这种超导材料的生产制备，通常采用的方法有高温直接合成法与化学共沉淀法。这两种方法的共同特点是：以Y₂O₃、BaO和CuO为原料，按着Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例或同时混合，或同时共沉淀，然后，经成型、烧结及热处理等工序最终制出超导材料。由Y₂O₃、BaO及CuO三元系相关系图可知，Y₂O₃、BaO及CuO间可生成3种二元化合物及2种三元化合物。如按Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3比例生成的单相化合物，则为超导体如按Y∶Ba∶Cu＝2∶1∶1比例生成的化合物却是绝缘体。无论是高温直接合成法还是化学共沉淀法，为制取超导材料进行混料时，就总量而言能保证按照Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例严格配制。但无论混合的怎样均匀，也难于保证在混合料的每一微观区域均能使Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的比例成立。即宏观上Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的准确控制，却保证不了微观上均能使Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3单相化合物得以生成。所以，按着高温直接合成法或化学沉淀法制备的超导材料。并非均是单相的YBa₂Cu₃O_6.5+δ化合物，或多或少还包括一些其它化合物。这样一来，按着上述两种方法制备超导材料往往是由两相或者多相化合物构成。而材料内部相结构的不稳定，则必然使超导体的性能不稳定，同一工艺过程，同一批配料，制备出的样品，测试时即有在低温下呈现超导特性的超导体，又有无论常温还是低温都不导电的绝缘体。产品合格率很低，例如中国科技大学制备700个样品中，仅有7个样品是超导体。

本发明的目的是针对当前制备钇钡铜氧系超导材料的工艺所生产出的产品性能不稳定，可靠性差，难于实现工厂化等问题，寻找出另外一种独特的制备该种超导材料的方法，使之按着发明出的方法进行制备，均能够获得单相的分子式为YBa₂Cu₃O_6.5+δ的钇钡铜氧系超导材料，产品的超导性能稳定可靠，合格率达100%，即每件样品在液氮温区均能成为超导体。

本项发明的构思是从对Y₂O₃、BaO、CuO三元系相关系图的分析而形成的。附图一即为Y₂O₃、BaO、CuO三元系相关系图。由图可知，Y₂O₃、BaO、CuO三元系之间若能发生固相反应，则除能生成YBa₂Cu₃O_6.5+δ化合物以外，还能生成Y₂Ba₂O₅、BaCuO₂、Y₂Cu₂O₅及Y₂BaCuO₅等多种化合物，在上述各化合物中，下述两相的固相反应为：

Y₂O_3（s）+2CuO_（s）＝Y₂Cu₂O_5（s）（1）

BaCO_3（s）+CuO_（s）＝BaCuO_2（s）+CO_2（g）（2）

所产生的两种化合物Y₂Cu₂O₅、BaCuO₂则是我们所希望的，因为这两种化合物只要相互接触，在高温下就能进一步发生如下固相反应：

4BaCuO_2（s）+Y₂Cu₂O_5（s）+δO_2（g）

＝2YBa₂Cu₃O_6.5+δ_（s）（3）