[发明专利]单相性Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ高温超导体的分步合成方法

说明书

本发明涉及一种制备单相性Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+δ高温超导体的新方法，尤其是涉及经由Bi₂Sr_xCa_2-xO₅中间相固溶体依次合成Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+δ(2212)相和Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+δ(2223)相超导体的分步合成方法。

Bi系超导体有多种超导相，其通式为Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2(n+2)+δ，当n＝1，2和3时，分别为Bi₂Sr₂Cu₁O_6+δ(2201)相、Bi₂Sr₂Ca₁Cu₂O_8+δ(2212)相和Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+δ(2223)相，其超导转变温度，分别为20K、85K和110K左右。Bi系超导体具有超导转变温度高、稳定性好、无毒、不含稀土、原料丰富和价廉等优点，且其超导相结构呈显著层状，可通过熔融织构工艺或变形织构工艺造成织构，来改善以至消除晶界的弱连接问题。因此，目前除Y-Ba-Cu-O系可用熔融织构工艺外，Bi系采用银包套工艺制备的织构化高品质带材，其临界电流密度Jc已达10⁵A/cm²(OT，77K)，展示了高温超导体强电应用的可能前景。

除了薄膜等低维材料制备外，目前，氧化物超导体制备，大多采用固相烧成方法。对于Bi系，即以Bi₂O₃、SrCO₃、CaCO₃、CuO等作为原料，按2223相名义组成，制成配合料，经研磨、混合和成型后直接烧成而得。但因Bi系上述三个超导相中，2201相和2212相较容易通过固相反应或熔体析晶获得单相性材料，而Tc＝110K的2223相高温超导体，却因其反应速度十分缓慢，且形成温度范围狭窄，而很难合成良好单相性材料，从而引起了广泛关注和研究。为解决这一难题目前普遍采用的办法包括：(1)添加适量PbO，以加速2223相形成，并拓宽其形成温度范围；(2)精确控制烧成温度和气氛；(3)大幅度延长烧成时间；(4)优化和精确控制组成等。然而，即使如此，仍然存在以下问题：(1)烧成时间仍需长达200h左右(Phys.Rev.B，40[7]5266(1989))；(2)仍常有少量2201相伴存，不易获得高质量的单性相材料；(3)由于Bi系超导相中，Sr/Ca均呈固溶状态，其固溶量和结构对2223相形成温度、范围、速度及其电磁性能均有影响，而目前采用的配合料直接一次烧成方法，难于对Sr/Ca固溶行为进行调节和控制等。

本发明的目的是提供一种单相性Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+δ高温超导体的分步合成方法。

为了达到上述目的本发明采取下列措施：

首先，以Bi₂O₃、SrCO₃、CaCO₃为原料，按原子比为Bi∶Sr∶Ca＝2∶x∶(2-x)，其中x＝0～1.5，配制配合料，经混合，球磨2～3h，压片成型，于780～850℃烧成5～15h，即得中间相Bi-Sr-Ca-O系固溶体，其组成为：Bi₂Sr_xCa_2-xO₅，其中x＝0～1.50；