Способ получения сверхпроводящего материала иттрий- бариевого купрата с цирконийсодержащей оксидной добавкой

Реферат

 

Использование: радиоэлектронная техника, техника сверхпроводников. Сущность изобретения: способ получения сверхпроводящего материала иттрий-бариевого купрата с цирконийсодержащей оксидной добавкой включает смешивание исходных компонентов состава, синтез, охлаждение, измельчение, формование, спекание, термообработку спеченного материала в кислородсодержащей атмосфере и охлаждение. В качестве цирконийсодержащей оксидной добавки используют смесь карбоната бария с диоксидом циркония при мольном соотношении 1:1, которую вводят в материал на стадии смешивания исходных компонентов из расчета получения состава (1-х) YBа2Cu3O7-xBaZrO3, где х=0,02-0,08, синтез ведут при температуре 900-920oC в течение 17-29 часов с промежуточным охлаждением, измельчением и формованием, спекают при температуре 1000-1030oC в течение 1-3 часов, а термообработку в атмосфере кислорода проводят по режиму: нагрев до 800oC, выдержка 2 часа, охлаждение до 500oC, выдержка 3 часа, далее охлаждение вместе с отключенной печью. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения материала со сверхпроводящими свойствами в области криогенных температур (жидкий азот) и может быть использовано при создании сверхпроводников, работающих при температурах до 95 К, а также термостабильных проводников низкотемпературной области, работающих выше 100 К.

Интерес к получению материала иттрий-бариевого купрата с цирконийсодержащей оксидной добавкой связан с известностью того, что добавка диоксида циркония (до 10 мол.) оказывает упрочняющее действие на материал, в частности повышает плотность и трещиностойкость образцов YBa2Cu3O7-x [1] Известен способ получения материала, включающий получение сверхпроводящего соединения состава YBa2Cu3O7-x (123) путем термообработки смеси соответствующих оксидов в кислородсодержащей атмосфере при температуре 900oC, смешивание полученного соединения с диоксидом циркония (ZrO2) при мольном соотношении компонентов 1:1, формование и термообработку при 900oC в течение 48 часов [2] Полученный материал не переходит в сверхпроводящее состояние. Как следует из приведенной в работе рентгенограммы полученная композиция содержит три фазы: BaZrO3, YBa2Cu3O7-x, причем преобладает фаза ВаZrO3.

В известном способе получения сверхпроводящего материала заданного состава Ba1-x(Y1-wYw)xCuyO, где "Y" один из элементов группы: Zr, Ti, Hf, Si, Ge, Zn, Pb, Mn; y=1; x=0,04-0,08; (1-x)=0,4-0,6; (1-w)x=0,32-0,54, включающем смешивание оксидов соответствующих элементов в необходимом соотношении, синтез при 900oC в течение 8-12 часов в кислородсодержащей атмосфере, охлаждение, измельчение, формование и спекание при 940oC в течение 5 часов под давлением (3 атм) кислорода, удается достичь относительно высоких значений температуры перехода материала в сверхпроводящее состояние, что для материала с цирконийсодержащей добавкой (ZrO2) составляет при различных количествах добавки 86 К (wx=0,08) и 91 K (wx=0,04), однако ширина перехода с при этом достаточно велика 10 К и 8 К соответственно [3] Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения сверхпроводящего материала, включающий смешивание исходных компонентов: Y2O3, BaCO3 и CuO, синтез соединения YBa2Cu3O7-x при температуре 800oC в течение 4 часов, измельчение полученного продукта, введение добавки диоксида циркония (ZrO2) 1; 5 и 10 мол. прессование и спекание в кислородсодержащей атмосфере при температуре 910-950oC в течение 6 часов с последующей термообработкой полученного материала в атмосфере кислорода при температуре 425oC в течение 10 часов [1] Полученный материал имеет переход в сверхпроводящее состояние только с добавкой 1 мол. ZrO2 (Tc=88 K). В случае 5 и 10 мол. добавки ZrO2 материал в сверхпроводящее состояние не переходит (в жидком азоте), однако трещиностойкость материала с 10 мол. добавки ZrO2 в 2-3 раза превышает указанный параметр иттрий-бариевого купрата (YBа2Cu3O7-x).

Технический результат изобретения получение сверхпроводящего материала иттрий-бариевого купрата с цирконийсодержащей оксидной добавкой при увеличении ее содержания в материале и повышение температуры перехода материала в сверхпроводящее состояние по отношению к составу с 1 мол. ZrO2, обладающему сверхпроводящими свойствами.

Результат достигается тем, что в способе получения сверхпроводящего материала иттрий-бариевого купрата с цирконийсодержащей оксидной добавкой, включающем смешивание исходных компонентов состава, синтез, охлаждение, формование, спекание и термообработку спеченного материала в кислородсодержащей атмосфере с последующим охлаждением, в качестве цирконийсодержащей оксидной добавки используют смесь карбоната бария и диоксида циркония при мольном соотношении BaCO3: ZrO2= 1, которую вводят в материал на стадии смешивания исходных компонентов из расчета получения состава (1-х) YBa2Cu3O7-xBaZrO3, где х=0,02-0,08 (2-8 мол.), синтез ведут при температуре 900-920oC в течение 17-29 часов с промежуточным охлаждением, измельчением и формованием, спекают при температуре 1000-1030oC в течение 1-3 часов, а термообработку в атмосфере кислорода проводят по режиму: нагрев до 800oC, выдержка 2 часа, охлаждение до 500oC, выдержка 3 часа, далее охлаждение вместе с отключенной печью.

Пример 1. Исходные компоненты Y2O3, BaCO3, CuO и ZrO2 смешивают из расчета получения состава 0,98 YBa2Cu3O7-0,02BaZrO3, измельчают в агатовой ступке в среде этилового спирта, сушат и синтезируют полученную смесь в алундовых тиглях при температуре 900oC в течение 12 часов, после чего охлаждают, измельчают, формуют в виде таблеток диаметром 20 мм и толщиной 2-3 мм и продолжают синтез формованных образцов при температуре 920oC в течение 15 часов, далее образцы охлаждают, измельчают, формуют в таблетки диаметром 10 мм и толщиной 1-2 мм и спекают полученные образцы в платиновых тиглях при температуре 1020oC в течение 1 часа. После охлаждения проводят термообработку полученных образцов в кислородсодержащей атмосфере по режиму: нагрев до 800oC, выдержка при указанной температуре 2 часа, охлаждение до 500oC, выдержка в течение 3 часов, далее охлаждение вместе с отключенной печью до комнатной температуры.

По примерам 2-6 (см. таблицу 1) синтез смеси проводят в идентичных примеру 1 условиях, т.е. при 900oC в течение 12 часов; температура и время синтеза формованных образцов приведены в табл.1, там же приведено общее время синтеза, температура и время спекания; термообработку в кислородсодержащей атмосфере проводят в тех же условиях, что и по примеру 1.

В таблице 1 приведены характеристики образцов материала заданного состава (1-х) YВа2Cu3O7-xBaZrO3, где х=0,02-0,08, т.е. при содержании 2-8 мол. BaZrO3 в материале. Приведены значения: T температуры начала перехода в сверхпроводящее состояние, К; Тco - температуры конца перехода в сверхпроводящее состояние, К; Tс- ширины перехода, К; jc плотности критического тока при температуре 77 К, А/см2.

Источники информации 1. K. C. GORETTA, O.D. LACY, V. BALACHANDRAN, D. SHI, J.L. ROUTBORT, J. Mater. Science Letters, 9, 1990, p. 380-381 (прототип).

2. T. KOMATSU, J. TANAKA, K. MATUSITA, M. ТАКАТА and T. YAMASHITA, Jap. J. of Applied Physics, 27, N 6, 1988, рр. L 1025 L 1028.

3. Европейский патент N 0296893, кл. Н 01 L 39/12, 1988.

Формула изобретения

Способ получения сверхпроводящего материала иттрий-бариевого купрата с цирконийсодержащей оксидной добавкой, включающий смешивание исходных компонентов состава, синтез, охлаждение, измельчение, формование, спекание, термообработку спеченного материала в атмосфере кислорода и охлаждение, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащей добавки используют смесь карбоната бария с диоксидом циркония при мольном соотношении ВаСО3 ZrO2 1 1, которую вводят в материал на стадии смешивания исходных компонентов из расчета получения состава (1-х) YВа2Сu3O7 xВаZrОз, где х 0,02 0,08, синтез ведут при температуре 900 - 920oС в течение 17 29 ч с промежуточным охлаждением, измельчением и формованием, спекают при температуре 1000 1030oС в течение 1 3 ч, а термообработку в атмосфере кислорода проводят по режиму: нагрев до 800oС, выдержка 2 ч, охлаждение до 500oС, выдержка 3 ч, далее охлаждение вместе с отключенной печью.

РИСУНКИ

Рисунок 1