Способ получения сверхпроводящего материала

 

Использование: изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводящих материалов и изделий из них в . режиме горения. Сущность изобретения: способ включает приготовление смеси, содержащей нитрат и пероксид щелочноземельного металла, сульфид иттрия, скандия или лантаноида , оксид и сульфид меди. Процесс проводят при давлении не менее 10 МПа в присутствии окислителя, в качестве которого используют перхлорат иттрия, скандия или лантаноида или их смесь, взятого с 10-20% избытком относительно содержания кислорода в целевом продукте. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (зппп С 04 В 35/00, 35/50

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4896238/33 (22) 29.12.90 (46) 15.08,93. Бюл. N. 30 (71) Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР (72) B.Б. Балашов и Ю.M. Максимов (73) Томский филиал Института структурной макрокинетики АН СССР (56) Заявка PCT N- 088/09311, кл. С 04 B 35/00. Н 01 В 12/00, 1988. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ CBEPXflPGBOДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится - к получению высокотемпературных сверхпроводящих материалов {BTCll) и иэделий из них в режиме горения, в частности LnBazCuaOv+8, где

Ln — Y,Sc, либо один из редкоземельных металлов (P3M). Полученный целевой материал может быть использован в качестве изделий для приборов и систем радиоэлектронной и электротехнической промышленности, работающих при температуре жидкого азота.

Целью изобретения является одностадийное получение плавленого сверхпроводящего материала и изделий на его основе.

Цель достигается тем, что способ получения сверхпроводящего материала включает смешение порошков сульфида меди, по крайней мере одного из сульфидов группы лантаноидов, в том числе скандия и иттрия, оксида меди, пероксида и нитрата щелочноземельного металла, и инициирование в Ы, 18348 78 А3 (57) Использование; изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводящих материалов и изделий из них в, режиме горения. Сущность изобретения: способ включает приготовление смеси, содержащей нитрат и пероксид щелочноземельного металла, сульфид иттрия, скандия или лантаноида, оксид и сульфид меди. Процесс проводят при давлении не менее 10 МПа в присутствии окислителя, в качестве которого используют перхлорат иттрия, скандия или лантаноида или их смесь, взятого с 10 — 20 избытком относительно содержания кислорода в целевом продукте. 1 табл. смеси процесса горения под давлением не менее 10 МПа в присутствии окислителя, в качестве которого используют перхлорат редкоземельного металла, иттрия, скандия или их смесь, взятые в 10-20 -ным избытком относительно содержания кислорода в целевом продукте и процесс проводят в среде инертного газа.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Готовят исходную смесь из порошков, содержащих по крайней мере один иэ сульфидов металлов группы лантаноидов, в том числе скандия и иттрия, сульфида меди

Сиза, оксида меди СиО, пероксида щелочноземельного металла (СаОэ, BaOz, Зг02), . нитрата щелочноэемельного металла (Са{ИОэ)э, Ва{ГчОэ)2, Sr(NOag), в которую вводят порошок окислителя в избытке 10-20$ по кислороду, в качестве которого используют перхлорат редкоземельного металла

Ln(ClO4)3, перхлорат скандия, иттрия ($с(С10д)з, У(С10а)з) или их смесь. Предпочтительно используют перхлорат лантана, Полученную смесь формуют при относительной плотности 0,6-0,92, помещают в реактор самораспрастраняющегося высокотемпературного синтеза (СВС), подводят к смеси вольфрамовую спираль, создают в реакторе давление инертного газа более 10 МПа и подают на спираль кратковременный импульс тока, в результате чего в смеси начинается процесс горения. После окончания процесса горения (10-30 с) и охлаждения содержимое реактора извлекают. Целевой материал (или изделие) представляет собой слиток заданной формы. На поверхности верхней части слитка остается побочный продукт реакции — хлоридлантаноида. скандия, иттрия, который возвращается в переработку.

Верхняя часть изделия отмывается этиловым спиртом (растворимость аС1з) в этиловом спирте S > 50 r/100 мл), Затем определяют сверхпроводящие характеристики целевого материала или функциональные свойства изделия.

Избыток твердофазного окислителя в количестве 10 — 20% необходим для создания повышенной концентрации кислорода в расплаве ВТСП под слоем расплава хлорида лантаноида, иттрия, скандия или смеси их хлоридов. Температура плавления хлорида лантана 855ОС, т,е. значительно ниже температуры плавления материала типа 1:2,3.

Целевой материал (изделие) кристаллизуется в "мягком" температурном режиме под пленкой жидкого хлорида лан аноида

Тп (LaCIa) = 855ОС, которая способствует поддержанию необходимого равновесного количества кислорода. Посла отмывки в этиловом спирте поверхность целевого материала или изделия ровная и гладкая.

В качестве исходных использовались реагенты марки "ч", "хч" и "осч". Использо: вание сульфидов меди, Р3М, в том числе скандия и иттрия, пероксидов и нитратов щелочноземельных металлов в смеси с окислителем позволяет получать экзотермическую смесь с тепловыделением, достаточным для поддержания температуры горения на уровне температуры плавления

980-1060 С конечного продукта. Получение сверхпроводящего плавленого материала

LnMezCuaO в режиме горения осуществляется по реакции

0,51 п2$з+ CuzS+ CuO+ MeOz+ Ме(ИОзЬ+

+ Ln(ClO<)g - LnMezCugO><+ LnCl3+ $02+ NO где Ln — лантаноид или Sc, Y; Ме" — Са,Sr.Ва.

Наличие в исходной смеси нитратов и пероксидов щелочноземельных элементов обеспечивает образование жидкой фазы в зоне прогрева перед волной экзотермической реакции при температуре 400-600 С, Реакционная диффузия при наличии жидкой фазы обеспечивает высокую скорость растворения тугоплавких реагентов и образования целевого материала, Избыток окислителя 10-20 ф, по кислороду необходим для обеспечения оптимальной концентрации кислорода в расплаве до момента кристаллизации как ВТСП, так и хлорида лантанои"5 да. Стехиометрическая концентрация кислорода в исходной смеси приводит к дефициту по кислороду в конечном продукте из-за небольшой скорости усвоения целевым материалом при фазовом перехо20 де, Пример 1, Получение УВа2Сыз07,е.

Готовят исходную смесь из порошков сульфида иттрия, сульфида меди, оксида меди, пероксида бария, нитрата бария, в которую вводят окислитель — перхлорат лантана при соотношении исходных компонентов в молях; У $з 0,5; CuzS 1,0; СиО 1,0; ВаОг 1,0;

Ва(КОз)2 1,0; La(C!0<)g 0,76, Полученную смесь помещают в реактор СВС и локально

30 инициируют волну горения. Процесс синтеза. проводят под давлением инертного газа аргона 10,0 МПа, После окончания реакции синтеза и остывания целевой материал извлекают, отмывают в этиловом спирте и

35 определяют его сверхпроводящие характеристики, Температура перехода в сверхпроводящее состояние Тс = 93 К, ЛТс = 1,6 К.

Пример 2, Получение

Yo,BÓÜo,z$ãÂà СозОт.з, Готовят смесь порошков при соотношении исходных компонентов в молях: У2$з

0,4; УЬ2$з 0,1; CuzS 1,0; Ba(NOa)z 1,0; SrOz

1.0; У(С(О )з 0,67. Полученную смесь помещают в реактор СВС на подложку из ИдйаОз

45 и локально инициируют волну горения.

Процесс синтеза проводят под давлением 10,0 МПа, После окончания реакции синтеза и остывания изделие извлекают, отмывают поверхность в этиловом спирте

50 и определяют eio сверхпроводящие характеристики. Температура перехода в сверхпроводящее состояние Тс - 106 К;

ЬТс " "1,9 К. Подложка покрыта однородным, ровным слоем ВТСП состава

55 Yo,âÓÜo,zSãÂàÑuç07,ç.

Другие примеры реализации способа представлены в таблице с указанием состава исходной смеси компонентов, давления синтеза и качества целевого продукта.

1834878

Давление, МПа

Соединение, Tc, K

ЛТс,K

Однородность по кислороду

Окислитель

Пример сульфид оксид, пероксид, нитрат

0,76La(C1 04)3

0,94

У В а2 С и 307.6

93

1,6.

0,5У2$3

1Cu2S

1СиО

18аОг

1 Ва(И03)2

1Си0

1SrO2

1 Ва(ЙОз)2

0;67У(С!04)з

0,91

0.4У2$3

0,1УЬ2$3

1CU2S

0,68$с{О04)з

1Си0

18аОг

18а(ИОз)2

0,5Но2Яз

1 CU2S

0,93

12

0,68 а(С !04)з

1СиО.

0.75ВаОг

0,25Са02

0.375У2$з

0.125La2S3

1СигЯ

0,91

У0.75Са0,25

Ва1,75 ао,25

Сиз07,5

1,6

0,38Уа(С! 04)з

0,38 Е r(C l04)3

1СиО

0,1Са02

0,88а02

0,1Ca(N03)2

1,0Ba(N03)2

0,45У2$з

0,05Е ггЯз

1Си2$

0,93

Уо,9E ro.18 а1.5

Си307,5

1,2

0,38 Но(С! 04)з

0,38La(CI04)3

1,0СиО

1,08а02

1,08а(ЙОз)г

0,4У2Яз

0,1 ЯС2$3

1,0Си2$

0,94

0,39У(С!04)з

0,39$с(С! 04)з

1,0СиО

18аОг

1Sr(N03)2

0,4У2$3

0,1УЬ2$3

1,0С02$

0.94

Как следует из представленных данных, заявленный способ позволяет получить целевой материал в виде плавленого продукта, с хорошими характеристиками без применения известных способов синтеза.

Формула изобретения

Способ получения сверхпроводящего материала путем приготовления смеси, содержащей соединение иттрия, скандия или лантаноида, нитрат и пероксид щелочнозеСостав исходной смеси в молях мельного металла и оксид меди и ее термообработку в режиме горения под давлением не менее 10 МПа в присутствии окислителя, отличающийся тем, что, с целью

5 получения плавленого материала, смесь дополнительно содержит сульфид меди, в качестве соединения иттрия, скандия или лантаноида используют по меньшей мере один сульфид, в качестве окислителя ис10 пользуют по меньшей мере один перхлорат иттрия, скандия или лантаноида, взятый с

10-20%-ным избытком относительно содержания кислорода в целевом материале.

Уо,а Yb0,28 à

ЯгСиз07,3 1 06

1,9

НоВагСиз07,5

Уо.вЯсо 28аг

Сиз07,5

1.5

его,sSco,2Ва2

Cu3O7,5

100

1.3

1834878

Продолжение таблицы

Составитель Л. Юркова

Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши

Редактор Л. Павлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2704 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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