Способ получения высокотемпературного сверхпроводящего материала

 

Изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводников на основе метаплооксидов и может быть использовано в микроэлектронике . Обеспечивает получение материала в виде поли1язиаалла увеличенных размеров и высокой плотностя Способ включает нагрев смеси оксидов в следующем соотношении, моп%: J О 7 - 8; ВаО 35 - 36; СиО - оаальное. Затем ведут нагрев до плавления г 1280 - 1300° С. Расплав выдерживают в течение 10 - 12 ч охлаждают со скоростью 5 - до 1200 - , после чего из него отделяют лоликриаала Получают материал JBa Си О . с температурой сверхпроводящего перехода ,6 К и щириной перехода 1,1 К Плотность 6,4 6,4 г/см, размер слитка - диаметр 15 - 20 мм, толщина 2 - 3 мм. 2 иа 1 таба

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ""ЮЙЯ, сГ (21) 4380937/26 (22) 22.0288 (46) 30.1193 Бюл Na 43-44 (72) Семиноженко Н.П„Воронов АП„Космына М.6„

Нерасов B.B; Те Be. (54) C00C0S ПОПУЧЕНИЯ BbICOKOfEMllEPAТУРНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретете относится к получению высокотемпературных сверхпроводников на основе MBTBllлооксидов и может быть использовано в микроэлектронике. Обеспечивает получение материала в виде поликристалпа увеличенных размеров и высо I (is) Я (и) 1526290 Al (51) С30В9 С В29 22 кой плотности Способ включает нагрев смеси оксидов в следующем соотношении мол%: J О 7— г з

8; ВаО 35 — 36; CuO — остальное. Затем ведут нагрев до плавления при 1280 — 1300 C. Расплав выдерживают в течение 10 - 12 w охлаждают со скоростью 5 — 25 С/ч до 1200 — 1210 C, после чего из него отделяют поликристалл Получают материал JBa Cu О с температурой сверхпровог этим дящего перехода 93,6 К и шириной перехода 1,1 К

Плотность 6,4 6,4 г/см, размер слитка — диаметр з

15-20мм, толщина2-3 мм 2 ил. 1 табл.

1526290

Изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводников на основе металлооксидов и может быть использовано при разработке новых уст-, ройств микроэлектроники. Цель изобретения — получение материала а виде поликристалла увеличенных размеров и высокой плотности.

На фиг.1 приведена фотография пластины размерами 20 X 10 X 2 мм, вырезанная из полученного поликристалла сверхпроводящего материала; на фиг.2 — график зависимости удельного сопротивления текстуированного поликристалла от тейпературы измеренного эондовым методом.

В таблице приведены данные режимов получения и свойств сверхпроводящего материала по предлагаемому способу и известным способом.

Способ реализован на стандартном роа стовом оборудовании.

Предлагаемый способ включает следующую последовательность операций: смешивают исходные компоненты оксидов; нагревают смесь до 1250-1300О; выдерживают расплав в течение 10-12 ч; охлаждают до 1200-1210 С со скоростью 5-25ОС/ч; затем извлекают его из расплава и охлаждают др комнатной температуры, П р и и е р. В платиновый цилиндрический тигель высотой 50 мм и диаметром 50 мм загружают смесь оксидов в соотноше нии, мол. ф,: 7,5 У2Оз; 35,5 ВаО и 57,5 СиО в количестве 200 г общей массы. Тигель со, смесью помещают в электропечь сопротивления с терморегулятором РИФ-101, нагревают со скоростью 100 С/ч до 800 С и выдерживают 1 ч для обеспечения протекания реакции разложения ВаСОз- ВаО +

+СОг. затем с той же скоростью нагревают до 1280 С, при этом расплавляют и расплав выдерживают при указанной температуре

12 ч для полной гомогениэации, затем охлаждают со скоростью 5 С/ч до 1210 С. На поверхности расплава кристаллизуют слой поликристаллического материала, который затем механически платиновым держателем извлекают из расплава и охлаждают до комнатной температуры.за 12-15 ч, В результате получают попикристаллический слиток высокотемпературного сверхпроводящего материала размерами

15-20 мм в диаметре и 2-3 мм толщиной, что намного превосходит размеры сверхпроводящего материала по прототипу и с плотностью, превосходящей плотность материала по аналогам.

Другие примеры реализации способа и значения параметров материала приведены

55 в таблице. Как следует иэ таблицы, выход за граничные значения заявляемых параметров не обеспечивает достижения поставленной цели (примеры 4-12) и по сравнению с известными (примеры 13 и 14) предлагаемый способ обеспечивает увеличение размеров сверхпроводящего материала, более. чем в 200 раэ, при этом плотность поликристаллического материала достигает плотности монокристалла, Способ обеспечивает получение сверхпроводящего материала с плотностью, на

10 превышающей плотности керамических образцов и содержанием основной фазы 97 .

Нагрев смеси компонентов до 12801300 С и выдержка расплава в течение 1012 ч обеспечивают полное расплавление всех компонентов и получение гомогенного расплава с физико-химическими свойствами (значениями растворимости, вязкости и др.), необходимыми для проведения кристаллизации материала только фазы

УВа2Соз07- д с высокой плотностью.

Охлаждение расплава со скоростью 525 С/ч до 1200-1210 С обеспечивает кристаллизацию на его поверхности слоя текстурированного поликристаллического материала с высокой плотностью. При этом обеспечивается увеличение размеров материала за счет разращивания слоя по диаметру и толщине, Материал представляет собой монолитную массу, состоящую из кристаллов размерами 30-50 мкм, которая в целом обладает сверхпроводящими свойствами, Концентрация основного вещества в материале составляет 95-97 .

Прекращение процесса кристаллизации при 1200-1210 С и извлечение материала из расплава (слой, образованный на поверхности, еще не примерз к стенкам тигля) обеспечивает целостность размеров поликристаллического материала, так как при этом исключается операция выбивания и отделения этого слоя материала от застывшего раствора — расплава.

Размеры поликристаллического слитка составля ат: диаметр 15 мм, толщина 2 — 3 мм, что намного превосходит размеры сверхпроводящего материала в виде монокристаллических пластинок с высокой плотностью по прототипу. Получаемый сверхпроводящий материал обладает повышенной плотностью. Значение плотности достигает величины 6,4 г/см, что соответствует расчетному значению плотности материала (монокристаппа) и- подтверждено рентгеновскими исследованиями, Полученный по предложенному способу материал

1526290 является текстурированным поликристаллом.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение высокотемпера- турного сверхпроводящего материала с вы- 5 со кой плотностью и размерами, превосходящими размеры монокристаллических материалов с аналогичной плотностью, и по величине плотности получаемый материал превосходит плотность высоко- 10 температурных сверхпроводящих керамических материалов более чем на 10 .

Выход эа предельные значения заявляемых параметров не обеспечивает достижения поставленной цели. 15

Изменение соотношения смешиваемых компонентов в сторону приближения к стехиометрическому составу УВэ2Соэ07-д приводит к инконгруэнтному плавлению смеси (увеличение процентного содержа- 20 ния оксидов иттрия и бария и уменьшение содержания оксида меди);

Изменение соотношения смешиваемых компонентов в сторону увеличения содержания оксида меди не обеспечивает кри- 25 ствллиэацию на поверхности расплава поликристаллического слоя материала с выСОКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ.

Нагрев смеси компонентов до температуры, превышающей 1300 С, приводит к ин- ЗО тенсивному испарению раствора-расплава (в основном оксида меди) и быстрому изменению исходного соотношения компонентов, нагрев смеси компонентов до температуры ниже 1280 С не обеспечивает 35 полного растворения всех компонентов и получения гомогенного раствора-расплава с физико-химическими свойствами, необходимыми для проведения кристаллизации.

Выдержка раствора-расплава в течение 40 времени меньше 10-12 ч не обеспечивает полного завершения протекания химических реакций комплексообраэования в растворе-расппаае, а выдержка в течение времени, превышающем укаэанные величины, нецелесообразна из-за удлинения технологического цикла.

Охлаждение расплава со скоростью, превышающей 25 С/ч, приводит к захвату маточного расплава кристаллизующимся веществом, что приводит к уменьшению плотности материала и ухудшению сверхпроводящих свойств, охлаждение расплава со скоростью менее 5 С/ч обуславливает образование многих центров кристаллизации, которые разрастаются независимо друг от друга, что не дает возможности Образовываться на поверхности расплава поликристаллическому слою материала с высокой плотностью.

Прекращение процесса кристаллизации при температуре выше 1210 С нецелесообразно, так кэк завершается разращивание поликристаллического слоя нэ поверхности расплава, а при температурах ниже 1200 С кристаллиэовавшийся слой примерзает к стенкам тигля и его невозможно извлечь.

Образцы материала механически прочные с повышенной твердостью, легко Обрабатываются — шлифуются, полируются.

Температура сверхпроводящего перехода

93,6 К, ширина перехода 1,1 К.

Материал не теряет сверхпроводящих свойств при многократном термоциклировании. (56) М.А.Damento at э1. Preparation of single

crystals of superconductlng YBazCU307 from

CuO melts. — Appl, Phys. Lett, 1987, ч. 51, N

9, р.690-691.

1526290 тяер- покер» нос гь тlсм г.С мости основной фазы. ф пост ь

«тс/ым после полнггов

О15 х2

1с120 Х Э

15 ХЭ

6.3

6.4

6.2

1О

Зеркально»лелеял

811

Полмкриствллический иатериап со сверкпровояящими свойстввыи пол ен

Зеркальнатларкая матовая, крупмоН1 X0.2

1г110

6,4

5.85

Sap смеси берут в соотношении, мол,g:

УгОз 7-8

ВаО 35- 36

СиО Остальное нагрев ведут до 1280 - 1300 С, расплав выдерживают в течение 10 - 12 ч, охлаждают со скоростью Б - 25 С I ч до 1200 - 1210 С, после чего иэ него извлекают поликрис талл.

Ф о р мул а изобретен и я

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 8 bl C0KOTEMПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО

МАТЕРИАЛА, включающий нагрев смеси оксидов Уг03, ВаО и СиО на воздухе до плавления и охлаждение расплава, отличающийся тем, что, с целью получения материала в виде поликристалла увеличенных размеров и высокой плотности. оксиды в

Свойства по«икре»anna

Разыеры. Сойерса- Микро- Т камество

1526290 р. ð2

14D фце, 2

Составитель В.Безбородова

Редактор 1.3убиетова Техред М.Моргентал Корректор С àTðÓ e8à

Заказ 3336 - Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-Йздательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101