[发明专利]氧化物超导体及其制造方法

说明书

本发明涉及一种超导体制造方法及用此方法制成的超导体，更详细地说，涉及与常规合金超导体或金属间化合物超导体相比具有非常高的临界温度和临界电流密度的网状钙钛矿型氧化物超导体及其制造方法。

最近几年发展起来了在液氮温度或更高温度下具有超导特性的超导材料。这些超导材料被认为能在很多方面得到应用，如约瑟夫森器件，超导存储器件，超导量子干涉器件（SQUID），超导磁体，超导输电线和超导发电机。从实用的观点来说，希望超导体的临界电流密度以及临界温度都尽可能地高。

目前可用的氧化物超导体包括A-B-Cu-O材料，其中A代表周期表内Ⅲa族的一个元素，如Sc，Y，La等，B代表周期表内Ⅱa族的一个元素，如Be，Sr，Ba等。例如，A-B-Cu-O材料包括La-Sr-Cu-O材料或Y-Ba-Cu-O材料。在这些超导材料中，A是选自周期表内Ⅲa族的单个元素，B是选自周期表内Ⅱa族的单个元素。

本发明的一个目的就是致提一种获取具有高临界温度和高临界电流密度的超导体的方法，并提供具有以上特性的超导体。

按照本发明，提供有一种按如下方式得到的超导体，先对混合构成超导体的各元素的化合物粉末而得到的原料粉或锻烧原料粉得到的超导原料进行热处理，然后再烧结热处理后的原料粉或超导原料。该超导体是一种氧化物超导体，由下式表示：

A-B-Cu-O

其中A代表至少一个周期表内Ⅲa族的元素，如Y，Sc，La，Ce等，B代表至少一个周期表内Ⅱa族的元素如Ba，Sr等，而且其中A、B二者里至少有一个包含同一族中的两个或更多个元素。Cu和O原子二者之一或二者全部含有3原子百分比以上的周期表内Ⅰb族中至少一个元素，50原子百分比以下的周期表内Ⅶb族中至少一个元素。

超导体的制造方法略述如下。

上述原粉料通过以一定比例混合构成超导体的几种元素的化合物粉末而得。待相互混合的化合物包括至少一个周期表内Ⅲa族的元素，例如，Se，Y，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu等，至少一个周期表内Ⅱa族的元素，例如Be，Sr，Mg，Ba，Ra等，以及铜的氧化物。这些元素的化合物最好选用上述Ⅲa族元素的氧化物粉末，如氧化钪，氧化钇，氧化镧等，以及Ⅱa族元素的碳酸盐粉末，例如碳酸钡，碳酸锶等。混合粉末时，这些化合物被相互混合，因此其中含有来自Ⅲa族和Ⅱa族中至少一族的多个同族元素。铜的化合物可包括原子百分比为50或更少的周期表内Ⅰb族的元素的化合物。

虽然直接烧原料粉便可得到超导体，但是也可通过对原料粉执行下列步骤以获得超导体原料并随即将其烧结的方法得到超导体。这些步骤是：将上述混合的粉末压制成坯块，对坯块作热处理，以使其一部分变成超导体，然后将坯块粉碎以得到粉末，或部分含超导体的超导原料。还可在上述步骤中加一粉碎步骤和一压制步骤。因此，形成超导原料的步骤的典型组合如下：

（1）只混合原料粉;

（2）混合并压制原料粉;

（3）混合，煅烧和粉碎原料粉;以及

（4）混合，煅烧，粉碎和压制原料粉。

对按上述步骤得到的原料粉或超导原料进行热处理的条件为：温度范围，800到1000℃，时间1到300小时，氧气气氛。经过这个步骤，能提供具有预期的极好超导特性的网状钙钛矿型氧化物超导体。

如果热处理是在含大于3%且小于90%，最好大于5%且小于50%的卤素气体的氧气气氛中进行，卤素气体会替代部分氧原子，因而可以提供一种具有更高临界电流密度和临界电流的超导体。

用至少一种周期表内Ⅰb族的元素代替部分Cu原子，并用至少一种周期表内Ⅶb族元素代替部分氧原子，可提高临界电流密度和临界温度。有一种假设认为上述现象的原因是，在氧化物超导体的钙钛矿晶体结构中部分Cu或氧原子被不同离子半径的代换元素所取代。为了使代换元素作为晶格畸变的因素而存在，有必要使Ⅰb族的一种或多种元素，以及Ⅶb族的一种或多种元素的代换率等于或小于50原子百分比。

因为Ⅶb族的大部分元素在工作温度范围内都呈气态，如果使用这些元素，就可以通过混入氧气流中的办法将这些元素在热处理过程中加入。在这种情况下，可以只用Ⅶb族中的一种元素，也可以以混合形式采用多种Ⅶb族元素。

下面将描述根据本发明的超导体及其制造方法的最佳实施方案。