專利名稱：節(jié)能減排低碳高穩(wěn)定性高溫超導(dǎo)材料制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種節(jié)能環(huán)保的制備高溫超導(dǎo)票制備工藝技術(shù)，特別是涉及一種節(jié)能 減排穩(wěn)定性優(yōu)異的高I1C和高電流密度的超導(dǎo)體制備工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)電性的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展19世紀(jì)和20世紀(jì)初，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步低溫制冷技術(shù)迅速發(fā)展，曾一度被認(rèn)為 不能液化的“永久氣體”一個(gè)個(gè)地相繼被液化了。1908年荷蘭(Leiden)實(shí)驗(yàn)室在昂內(nèi)斯 (H. L. onnes)指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)了氦氣液化，在此基礎(chǔ)上再用降壓降溫技術(shù)市場，實(shí)現(xiàn)了 4. 2K到 IK的低溫。1911年昂內(nèi)斯研究低溫固體水銀的電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)在4. 2K附近水銀的電阻已經(jīng)降 到該實(shí)驗(yàn)室食品無法測出的程度，估計(jì)在1. 5K時(shí)水銀的電阻與0°C水銀電阻之比小于十億 分之一，此時(shí)昂內(nèi)斯意識(shí)到汞在4. 2K附近進(jìn)入了一個(gè)新的物態(tài)。1912年對(duì)錫和鉛也發(fā)現(xiàn) 了這種電阻隔突然消失(嚴(yán)格地說是電阻急劇下降)現(xiàn)象，1913年在昂內(nèi)斯發(fā)表的論文中 首次提出超導(dǎo)電性這個(gè)名稱，并定名為超導(dǎo)態(tài)。人們把在一定溫度物質(zhì)出現(xiàn)電阻完全消失 的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。這類特質(zhì)稱為超導(dǎo)體，物質(zhì)由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)(零電阻狀 態(tài))的溫度稱為臨界溫度。1933年邁斯納(W. F. Meissner)和奧森菲爾德(R. Ochsenfeld)從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，無 論是先加磁場后降溫，還是先降溫再加磁場，一旦進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，磁場線就會(huì)突然被排斥到超 導(dǎo)體外，此時(shí)超導(dǎo)體內(nèi)的磁場為零，即具有完全抗磁性，后人將這種現(xiàn)象稱為邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)半個(gè)多世紀(jì)內(nèi)，科學(xué)家和工程人員艱苦地工作，發(fā)現(xiàn)和制造出上千種 超導(dǎo)體材料，其中包括2/種金屬元素、900多種合金、500多種化合物等。直到1986年以前， 超導(dǎo)轉(zhuǎn)換溫度T，最高不過23. 2K,在1973年前，平均每5年才將T。提高IK (參看表26_1)， 而在1973年之后的13年內(nèi)，不管人們憑借經(jīng)驗(yàn)還是理論上去探索，超導(dǎo)臨界溫度也未再有 所提高，超導(dǎo)體的研究一度陷于低谷。材料是科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)，隨著技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)發(fā)展材料科學(xué)變得越來越重 要。靈找高溫超導(dǎo)是一直是科技工作者夢寐以求的目標(biāo)。但是超導(dǎo)材料轉(zhuǎn)變溫度過低，必 然把超導(dǎo)體“埋沒”在液氦中方能獲得使用時(shí)所要求的低溫，這就勢必限制了它的應(yīng)用范 圍。因此在1986年以前，這一材料工程一直步履維艱，不少人懷疑，超導(dǎo)體是否僅是一種低 溫現(xiàn)象。1986年4月，美國國了增骼機(jī)器公司(IBM)設(shè)在瑞士的實(shí)驗(yàn)室柏諾茲 (J. G. Bednorz)和繆勒(K. A. Muller)宣布他們發(fā)現(xiàn)了 Tc = 30K的超導(dǎo)體，材料是鋇鑭銅 氧(BaLaCuO)化合物制成的陶瓷，這一歷史性的突破，開辟了超導(dǎo)研究的新領(lǐng)域。同年12月 14日日本東京大學(xué)在鑭鍶銅氧化合物中獲得T。= 37. 5K的超導(dǎo)體。同時(shí)測到邁斯納效應(yīng)。 12月沈日中國科學(xué)院物理研究所獲得了超始T。= 48. 6K(鑭鍶銅氧)和T。= 46. 3K(鑭 鋇銅氧)的新紀(jì)錄，并首次宣布觀測到在70K附近的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變跡象，促進(jìn)了世界范圍“超導(dǎo)競賽”的又一次高潮。自1986年9月拍諾茲和謬?yán)赵阝}鈦礦型銅氧基化合物內(nèi)發(fā)現(xiàn)Tc (超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變 溫度)達(dá)38K的鑭鋇銅氧，1987年初朱經(jīng)武繼而發(fā)現(xiàn)了 Tc值高達(dá)91的釔鋇銅氧，在1987 年2月，中國科學(xué)院趙忠賢等人發(fā)現(xiàn)Y-Ba-Cu-O超導(dǎo)體。1987年5月，中國有色金屬研究總 院潘樹明等人發(fā)現(xiàn)混合稀土-Ba-Cu-O超導(dǎo)體。1987年7月1日申報(bào)中國發(fā)明專利，1992年 此發(fā)明專利授權(quán)，專利號(hào)871045192。使高溫或高Tc超導(dǎo)體成為本世紀(jì)末凝聚態(tài)物理和材 料科學(xué)最具有影響力的重大研究課題以來，以短短十年內(nèi)，全世界投入了空前的研究力量， 在尋找和發(fā)現(xiàn)新型高溫超導(dǎo)物質(zhì)，探索高溫超導(dǎo)現(xiàn)象的理論，制定各種合成或制備高溫超 導(dǎo)粉末、塊材、線圈與纜線的工藝以及開發(fā)它們的弱電及強(qiáng)電領(lǐng)域的應(yīng)用或潛在應(yīng)用，探討 其產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化途徑等方面做了大量工作，形成了一支包括我國在內(nèi)的由美、日、歐主導(dǎo) 的30余個(gè)國家構(gòu)成的科研隊(duì)伍，僅在1992年芝加哥應(yīng)用超導(dǎo)會(huì)議上，與會(huì)者競達(dá)1500人 之多，發(fā)表論文1200篇，較之其它國際會(huì)議這是絕無僅有的，全世界每年投入的科研經(jīng)費(fèi) 不下5億美元。目前，其中一些國家對(duì)研制和開發(fā)實(shí)用的高Tc超導(dǎo)材料寄予厚望，迫切要 求在場全球高科技競爭中占據(jù)主民地位，在商業(yè)上甚至軍事上取得回報(bào)。1986年在銅氧化合物內(nèi)取得提高Tc值的重大突破，將超導(dǎo)應(yīng)用由液氦( 5美元 /L)至冷升格到液氮(0.5美元/L)致冷時(shí)代。采用液氮不但提高了致冷體系維修和方便 和可靠性，同時(shí)由于簡化了致冷設(shè)計(jì)，使超導(dǎo)器件的制造更為緊湊和有效。因此競相尋找就 用的接近室溫的高Tc超導(dǎo)體合物在80年代末掀起了一個(gè)前所未有的高潮(表1)，據(jù)統(tǒng)計(jì) 僅在1988年就曾發(fā)現(xiàn)17種銅氧基高Tc化合物。鈣鈦礦型銅氧化合物具有很大的多變性， 與堿土、稀土或孤對(duì)離子氧化物結(jié)合，憑借其Cu-O面的穩(wěn)定性及CuO4方陣中四個(gè)角上形成 無限長連接的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了多種超導(dǎo)性的化合物。Cu-O面對(duì)超導(dǎo)性起關(guān)鍵作用，并且大體上 可以說，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc隨Cu-O面的層數(shù)面有規(guī)則地增加。1989-1992年發(fā)現(xiàn)新的高Tc 超導(dǎo)化合物的速度放慢，把主要精力側(cè)重到超導(dǎo)體的合成、加工和提高性能方面，直到1993 年才出現(xiàn)第二個(gè)發(fā)現(xiàn)高Tc化合物的高峰。至此主要發(fā)現(xiàn)釔系(1988)、鉍系鉍系(1988)、鉈 系(1988)和汞系(1993)四大類、約100余種高溫超導(dǎo)體，將Tc由TOCO的91提高到汞鋇 鈣銅氧(HBCCO)的134K。表1、1986-1987年有代表性的高溫超導(dǎo)體及其發(fā)明人與年代
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)體的制備工藝技術(shù)，其特征在于所述的高溫超導(dǎo)材料工藝 高溫熔煉與活化燒結(jié)的新工藝結(jié)合，改變電子排列晶體結(jié)構(gòu)。原材料在1050°C -1300°c熔 化后重新排列到提高超導(dǎo)Tc和臨界電流密度的新排列晶體結(jié)構(gòu)，改變了其原來工藝生成 的弱連接的結(jié)構(gòu)，生成新的晶體結(jié)構(gòu)，具有原子百分比為(稀元+金屬原元)銅氧= 1:1: 3相粉末材料，具有211相和“123”相相超導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)體熔煉與活化燒結(jié)制備新工藝，其特征是晶界擴(kuò)散 蠕變，控制蠕變速度，體積擴(kuò)散，表面擴(kuò)散，晶界擴(kuò)散以及蒸發(fā)凝聚控制物質(zhì)遷移。剪切應(yīng)變 而軸向應(yīng)變?nèi)杂兄旅芏然瘧?yīng)變，剪切應(yīng)變速度速率與剪切應(yīng)力是線性關(guān)系與晶粒尺寸的三 分之一次方成正比關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的高溫超導(dǎo)體熔煉與活化燒結(jié)制備新工藝，其特征在混合 后950°C _980°C燒結(jié)M-35h，降溫到950°C _980°C，保溫是;35_45h，降到室溫，再研磨 5小時(shí)，作子晶是預(yù)燒時(shí)間是12h-Mh，降到IlOO0C -1107 °C，保溫至IJ 12-18分鐘，降到 10500C -1110°C，以每小時(shí)1°C降溫，子晶加入后，1045°C _1100°C保溫0. 5_lh。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)體的制備工藝技術(shù)，其特征在于所述的高溫超導(dǎo)體采用熔煉與活化燒結(jié)的新工藝，改變電子排列晶體結(jié)構(gòu)。原材料在1050℃-1300℃熔化后重新排列，降到室溫，研磨后再進(jìn)入燒結(jié)爐在910-980℃燒結(jié)28h，降到室溫，制成高溫超導(dǎo)粉材。按圖2的工藝技術(shù)，先制成子晶，再進(jìn)入晶化爐，在1100℃燒結(jié)0.5-1h，慢降溫到室溫，及得到塊材的高溫的超導(dǎo)體。此工藝技術(shù)制成的高溫超導(dǎo)體，具有高Tc和高Jc的超導(dǎo)性能。
文檔編號(hào)H01B13/00GK102097181SQ201110040529
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者潘樹明 申請(qǐng)人:潘樹明