Способ получения сверхпроводящего композиционного материала

 

Использование: в электротехнике и энергетике, в частности при изготовлении магнитных экранов. Сущность изобретения: способ включает смешивание порошка сверхпроводящего оксидного соединения YBa₂Cu₃O₇ с кремнийорганической смесью олигомеров триметил н-перфторпилсилоксана и диметилсилоксаном, полимеризацию при комнатной температуре в присутствии катализатора диэтилдикаприлата олова под давлением 50 атм в течение 12 - 24 ч. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов, состоящих из сверхпроводящего наполнителя-порошка сверхпроводящего соединения типа YBa₂Cu₃O₇ и полимерной матрицы, и может быть использовано в электротехнике и энергетике, в частности при изготовлении магнитных экранов (магнитной защиты).

Известен способ получения сверхпроводящей композиции, включающий смешивание сверхпроводящего оксидного порошка соединения состава YBa₂Cu₃O₇ (наполнителя) с полимерной матрицей, в качестве которой используют полиэтилен, термопластичную смолу, поливинилхлорид или полистирол, нагревание смеси и охлаждение полученного продукта [1].

При массовом соотношении наполнителя и матрицы 65:35 эффект Мейснера отсутствует, а при соотношении 95:5 полностью отсутствуют эластичные свойства получаемой композиции. Недостатком способа является необходимость термообработки смеси в процессе смешивания и полимеризации, так как исходная матрица представляет собой твердое вещество, а также невысокий предел содержания наполнителя в матрице (90 мас.%) при сохранении эластичных свойств композита.

Известен способ получения высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) композиционного материала, включающий смешивание компонентов ВТСП оксидного соединения YBa₂Cu₃O₇ (наполнителя) с полимерной матрицей, состоящей из сополимера тетрагидрофурфурила метакрилата, олигоуретана метакрилата и сополимера, содержащего винил бутираль и виниловый спирт, с последующей полимеризацией полученной смеси при 100^оС. Недостатком способа является многокомпонентность полимерной матрицы и необходимость термообработки композиции в процессе полимеризации [2].

Наиболее близким к предложенному является способ получения композиционного материала путем смешивания керамического порошка соединения перовскитового типа (85 мас. ч. YBa₂Cu₃O₇) с силиконовым кремнийорганическим компонентом, содержащим алкокси-и оксимовые группы (15 мас. ч.), помещения композиции в форму (впрыскиванием с помощью шприца в полиэтиленовую цилиндрическую форму) с последующей полимеризацией композиции при комнатной температуре в течение 7 дней [3].

Недостатком способа является длительность процесса и невысокое содержание ВТСП-наполнителя: соединения YBa₂Cu₃O₇ (85 мас.%) в кремнийорганическом компоненте-матрице (15 мас.%).

Целью изобретения яавляется ускорение процесса получения материала заданной формы и повышение предела содержания сверхпроводящего наполнителя в кремнийорганической матрице при сохранении эластичности материала.

Под эластичностью подразумевается возможность проведения операций сгиба готового композиционного материала без высыпания наполнителя из матрицы.

Поставленная цель достигается тем, что при способе получения сверхпроводящего композиционного материала, включающем смешивание порошка ВТСП оксидного соединения состава YВa₂Cu₃O₇ (наполнителя) с кремнийорганическим компонентом (матрицей), тщательное перемешивание и помещение полученной композиции в форму с последующей полимеризацией при комнатной температуре, в качестве кремнийорганического компонента используют смесь олигомера триметил н-перфторпропилсилоксана с олигомером диметилсилоксаном, полимеризацию ведут в присутствии катализатора - диэтилдикаприлата олова под давлением 50 атм в течение 12-24 ч.

П р и м е р. Берут 0,1404 г олигомера НФС-100 (триметил н-перфторпропилсилоксана) марки "хч", помещают его в фарфоровый смеситель, к нему прибавляют 0,0073 г олигомера К-101-0 (диметилсилоксана) "хч" и 0,0046 г катализатора (диэтилдикаприлата олова). Смесь тщательно перемешивают при комнатной температуре. Затем в смесь порциями втирают 0,939 г порошка соединения YBa₂Cu₃O₇ до образования однородной массы. Полученную массу помещают между металлическими пластинами, проложенными пленкой целлофана, и ставят под пресс на 22 ч. Количество наполнителя составляет по примеру 86 мас.% (см. таблицу, пример 3).

Оценена степень экранирования магнитного поля полученных образцов ВТСП-композитов в сравнении с эталонным образцом состава YBa₂Cu₃O₇. В качестве магнита в схеме измерительного прибора использовали соленоид из медной проволоки. Для измерений были изготовлены образцы полученных композиционных материалов и YBa₂Cu₃O₇ в виде дисков диаметром 15 мм и толщиной 2 мм. Измерения проводили при температуре жидкого азота (77 К) с охлаждением образцов в нулевом магнитном поле. В качестве измерителя магнитного поля использовали микроминиатюрный тонкопленочный датчик Холла на основе полупроводниковой гетероэпитаксиальной структуры антимонида индия с коэффициентом чувствительности 52 мкВ/мТ. Малые размеры магниточувствительной зоны 450х150 мкм² датчика позволяют проводить корректные измерения экранирования магнитного поля при указанных размерах образцов.

В таблице приведены значения относительного экранирования полученных композиционных материалов. Как видно из таблицы. экранирующее действие образца с 95 мас.%, наполнителя только на 2%ниже, чем эталонного образца состава YBa₂Cu₃O₇.

Все составы полученного композиционного материала эластичны, т. е. при сгибе не наблюдается трещинообразования и/или высыпания наполнителя. При увеличении содержания наполнителя (порошка YBa₂Cu₃O₇) до 97 мас.% наблюдается высыпание при сгибе наполнителя из матрицы, что указывает на то, что пределом содержания наполнителя в матрице является значение 95 мас.%. YBa₂Cu₃O₇. Ускорение процесса получения материала по отношению к прототипу в основном связано с ускорением процесса полимеризации: по прототипу - 7 дней, по предложенному способу - 12-24 ч.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающий смешивание порошка сверхпроводящего оксидного соединения состава YBa₂Cu₃O₇, наполнителя с кремнийорганическим компонентом - матрицей, перемешивание и помещение полученной композиции в форму с последующей полимеризацией при комнатной температуре, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса получения материала заданной формы и повышения предела содержания наполнителя в матрице при сохранении эластичности материала, в качестве кремнийорганического компонента используют смесь олигомера триметил н-перфторпропилсилоксана с олигомером диметилсилоксаном, полимеризацию ведут в присутствии катализатора - диэтилдикаприлата олова под давлением 50 атм в течение 12 - 24 ч, при этом ингредиенты взяты при следующем соотношении, мас.%: Олигомер НФС - 100 4,7 - 39,0 Олигомер К - 101 - 0 0,1 - 0,7 Катализатор 0,2 - 0,7 Порошок YBa₂,Cu₃O₇ 59,8 - 95,0

РИСУНКИ

Рисунок 1