[发明专利]超导材料

说明书

本发明涉及一种陶瓷氧化物超导材料，尤其涉及一种合成物，其中超导材料电阻为零的温度(下文称为Tco)尽可能地接近室温。

按常规来说，含有和汞的铅元素，如NbN，Nb₁Ge，Nb₃Ga的合金，或如Nb₃(Al_0.8Ge_0.2)三元素化合物的金属合成物被用作超导材料。可是，超导临界温度(下文称为Tc)的起始值低达25°K。

另一方面，近年来超导陶瓷材料已引吸广泛的注意。IBM公司的苏黎世(Zurich)科研实验室首先报道这些以Ba-La-Cu-O(balacuo)形式出现的高温氧化物超导体材料。此外，公知的还有氧化铜-镧-锶(LSCO)类的超导材料。这些材料据知呈(A_1-xB_x)_yCuO₂的形式，式中x＝0.01至0.3，y＝1.3至2.2，z＝2.0至4.0。可是，Tc起始值，亦即是这种材料开始出现超导作用的温度不高于30°K。

但是，这些陶瓷氧化物材料的超导电性可能是与(perbuscite)型结构有关的。直至现在，对杂质一直没有给予考虑，所持的看法是，如果起始原材料的纯度为99％，那就足够了。由于这个原因，对于混入合成超导材料的杂质，尤其是碱金属元素，囱族元素，氮和碳，完全没有给予考虑。

本发明的发明人在努力提高陶瓷超导材料的Tco和Tc的过程中已经发现，这些杂质会聚集在陶瓷粒子的边界处，且作为它们粘附粒子之间的势垒，因此杂质影响了材料的导电性。在这种情况下，就不可能提高电流密度，Tco也比预料的为低。

因此，强烈希望采取各种步骤，最好将Tco提高到液氮温度(77°K)或更高的温度。

本发明的一个目的是在适当考虑这些传统材料的缺点的情况下，采用高纯度的新材料而提供一种在高温下显示超导电性的超导材料，使得Tc起始值在80°K和124°K之间出现。

本发明的另一个目的是提供由分子式(A_1-xB_x)_yCu_zO_w表示的整个陶瓷超导材料内所含的低密度杂质。

因此，所提供的超导合成物基本上是由一种超导材料和混和入这种超导材料内的不超过0.2％重量的Li(锂)、Na(钠)和K(钾)所组成的。

从以下结合附图所作的有关最佳实施例的描述，本发明的这些及其他目的，特性和优点就变得更清楚了，其中：

图1是表示根据本发明制成的超导材料特性的曲线图。

为了满是本发明的这些目的，使一种陶瓷超导材料基本上是由铜、氧和至少一种从周期表的第IIa和IIIa族中选出的元素所组成的。表示这种陶瓷超导超材料分子的总分子式为(A_1-xB_x)_yCu_zO_w，式了中x＝0至1，y＝2.0至4.0，或者最好为2.5至3.5，z＝1.0至4.0，或者最好为1.5至3.5，以及w＝4.0至10.0，或者最好为6至8。A是一种从钇族和其它镧系元素中选出的元素。在“物理和化学字典”(岩波书店1963年出版)中，钇族被定义为包括Y(钇)、Gd(钆)、Yb(镱)、Eu(铕)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Lu(镥)、Sc(钪)和其它镧系元素的一族。此外，B是至少一种从Ra(镭)、Ba(钡)、Sr(锶)、Ca(钙)、Mg(镁)和Be(铍)组合中选出的元素。

本发明的合成物含有层状结构的铜，一个分子内，或者对称的两层结构中含有一层铜。而且本发明的合成物是以这样一种模型为基础的，其中超导体性是从核外最外层电子轨道得到的。

由于这个原因，不是采用传统所用的99％(2N)至99.95％纯度的原材料，而是采用99.99％(4N)或更高纯度的原材料作为起始材料。于是采用超过4N纯度的氧气氛，而不是采用空气氧化，而且将材料在5N的氧气和5N的氩气中，或者在真空中焙烧，以还原该材料。

这样，可使多晶陶瓷材料中的结晶粒度变大，而且结晶粒度变大又可以得到这样一种结构，使结构晶粒边界的势垒进一步消失。结果，获得了更加高的Tco。在这种情况下，就会理想地具有一种晶核无缺陷的单晶结构。