Способ изготовления фаз системы y-ba-cu-o методом бестигельной зонной плавки

 

Название: способ изготовления фаз системы Y-Ва-Cu-О методом бестигельной зонной плавки. Сущность: с целью повышения степени текстурирования и получения однофазных образцов предлагается в исходную смесь, состоящую из Y-, Ва- и Cu-содержащих реактивов, добавлять Bi-содержащий реактив, например Bi₂O₃, в определенной пропорции. При этом в процессе зонной перекристаллизации скорость перемещения плавающей зоны по длине образца изменяют в соответствии с требуемой на данном участке плотностью и степенью текстурирования. 1 с. и 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к технологии высокотемпературных сверхпроводников.

Известен способ изготовления фазы YBa₂Cu₃О₇ (высокотемпературный сверхпроводник) методом бестигельной зонной плавки, по которому готовят образец-затравку, состоящий из спеченной гомогенизированной смеси порошков Y₂O₃, BaCO₃, CuO, и проводят его зонную перекристаллизацию, перемещая плавающую зону по длине образца [1] Однако высокая температура синтеза этой фазы, повышенная летучесть компонентов ВаО и CuO при этой температуре, а также значительная разница между температурами ликвидуса и солидуса соответствующего состава делают процесс получения образцов фазы YBa₂Cu₃O₇ неустойчивым, слабовоспроизводимым, в результате чего сформированный состав содержит только порядка 30% фазы Y-123 и сильно загрязнен побочными продуктами реакции. Точно так же, из-за повышенной летучести ВаО и CuO чрезвычайно затруднен методом бестигельной зонной плавки синтез однофазных образцов других фаз системы Y-Ba-Cu-O, например Y₂BaCuO₅. Кроме того, по той же причине повышенной летучести компонентов не представляется возможным получение высокотекстурированных образцов фаз. Это связано с тем, что в методе бестигельной зонной плавки степень текстурирования перекристаллизованного материала увеличивается по мере уменьшения скорости перемещения плавающей зоны по длине образца. Высокие же температуры плавления фаз в способе по прототипу не позволяют увеличить время процесса, так как это приводит к потере летучих компонентов и изменению фазового состава.

Цель изобретения получение однофазного образца и повышение степени текстурирования.

Для достижения указанной цели в способе изготовления фаз системы Y-Ва-Cu-O методом бестигельной зонной плавки, по которому готовят исходную смесь, состоящую из смешанных в стехиометрических для данной фазы соотношениях Y-, Ba и Cu-содержащих реактивов, формируют из полученной смеси образец и проводят его зонную перекристаллизацию, перемещая плавающую зону по длине образца, согласно изобретению в исходную смесь добавляют Bi-содержащий реактив. В частном случае, при изготовлении фазы YBa₂Cu₃O₇, в качестве исходных реактивов используют Y₂O₃, BaCO₃, CuO и Bi₂O₃, причем количество последнего определяется формулой YBa₂Cu₃O₇ x Ba₂O₃, где 0,03<х < 0,06. Кроме того, с целью получения требуемой степени текстурирования на разных участках образца скорость перемещения плавающей зоны по длине образца изменяют в соответствии с требуемой степенью текстурирования.

Сущность изобретения заключается в том, что добавление Bi₂O₃ в необходимых количествах в исходную смесь понижает температуру ее плавления, в результате чего летучесть компонентов уменьшается практически до нуля и становится возможным удерживать плавающую зону расплава в течение длительного времени, получая высокую степень текстурирования материала. Таким образом, использование добавки Bi₂O₃ стабилизирует процесс зонной перекристаллизации и позволяет получать высокотекстурированные, практически однофазные образцы YBa₂Cu₃O₇, Y₂BaCuO₅ и других фаз системы Y-Ba-Cu-O.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", а совокупность приведенных признаков необходим и достаточен для достижения поставленной цели, что соответствует критерию изобретения "промышленная применимость".

Способ осуществляется следующим образом.

Для приготовления шихты проводят дозировку исходных компонентов в соответствии с формулой YBa₂Cu₃O₇, 0,05 Bi₂O₃ (Y₂O₃ марка ИТО-2, ВаО ос.ч. CuO ос.ч. и Bi₂O₃ ос.ч.) общей массой 100 г. Гомогенизацию смеси проводят, как и в способе по прототипу, путем чередования обжига и повторного перетирания. Из полученного продукта прессуют цилиндрические стержни диаметром 8 мм, длиной 90 мм и спекают их при температуре 900-950^oС в течение 6 часов. Полученные керамические стержни используют для зонной перекристаллизации. Плавающая зона расплава легко образуется, если соединить расплавленную вершину стержня-затравки с низом питающего стержня, при этом оба стержня вращаются в противоположных направлениях. Путем перемещения питающего стержня через зону расплава с определенной скоростью осуществляют его перекристаллизацию в текстурированный слиток. На тех участках стержня, где нужно обеспечить большую плотность и более высокую степень текстурирования, скорость движения зоны расплава уменьшают. Диапазон скоростей может изменяться от 33,0 до 0,5 мм/час. Путем варьирования скорости на определенных участках получают образец с управляемой изменяющейся по длине степенью текстурирования, а следовательно, плотностью критического тока и соответственным распределением плотности материала. Рентгенографическое изучение перекристаллизованного при 3 мм/час образца показало его принадлежность к фазе YBa₂Cu₃O₇, отсутствие заметного количества примесей и наличие выраженной осевой текстуры с осью "а" вдоль оси роста. Измерения магнитной восприимчивости на вибрационном магнитометре PAR-155 показали, что образец переходит в сверхпроводящие состояния ниже 95 К. Критическая плотность тока, определенная по петлям магнитного гистерезиса, равна 1 кА/см² при 77 К. Образцы, полученные при других скоростях роста, вплоть до 0,5 мм/час, также оказались однофазными YBa₂Cu₃O₇.

Отметим, что в способе по прототипу получение однофазных образцов при столь малых скоростях роста практически невозможно из-за летучести компонентов и неустойчивости процесса. А следовательно, чрезвычайно затруднено было и получение высокотекстурированных образцов. Образцы же с управляемой изменяющейся текстурой не синтезировались вообще.

Аналогичным образом проводят синтез других фаз системы Y-Ва-Cu-O, дозируя исходные компоненты в соответствии с их формулой Кроме вышеуказанных Y-, Ba-, Cu- и Bi-содержащих компонентов могут использоваться нитраты, цитраты, карбонаты, оксалаты и другие соли перечисленных элементов.

Формула изобретения

1. Способ изготовления фаз системы Y-Ва-Сu-О методом бестигельной зонной плавки, включающий приготовление исходной смеси из стехиометрических для данной фазы соотношений Y-, Ва- и Сu-, содержащих реактивов, формирование из полученной смеси образца и последующую его зонную перекристаллизацию путем перемещения плавающей зоны по длине образца, отличающийся тем, что в исходную смесь добавляют Bi-содержащий реактив.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходных реактивов используют Y₂O₃, BaCO₃ и Bi₂O₃, причем количество последнего определяется формулой YBa₂Cu₃O₇ х Bi₂O₃, где 0,03<х<0,08.<P> 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что скорость перемещения плавающей зоны по длине образца изменяют в соответствии с требуемой степенью текстурирования.