Способ получения изделий из высокотемпературного сверхпроводящего материала

 

Использование: для создания различного рода датчиков, а также магнитных подвесов. Сущность изобретения: способ включает смешивание порошка сверхпроводящего материала YBa₂Cu₃O_7-δ и полимера с последующим прессованием. Новым является то, что в качестве полимерного материала берут порошок поливинилхлорида в количестве 10 - 20% от массы получаемой композиции, а прессование ведут под давлением 96 - 140 МПа, при 433-453 К в течение 5 - 25 мин. 1 табл.

Изобретение относится к области получения сверхпроводящих материалов, в частности к способам получения изделий из высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП), и может быть использовано для создания различного рода датчиков, а также магнитных подвесов.

Известно формованное изделие, содержащее смесь органического полимерного материала и порошкообразного сверхпроводящего материала керамического типа [1] В качестве органического полимерного материала формованное изделие содержит термопластичный или сшитый полимер, а в качестве порошкообразного сверхпроводящего материала керамического типа материал оксидного типа. Содержание порошкообразного сверхпроводящего материала в формованном изделии составляет 50 об. предпочтительно 60 об. Формованное изделие дополнительно может содержать электропроводный порошкообразный или волокнистый материал, предпочтительно, металл. Недостатком известного формованного изделия является недостаточно высокая химическая стойкость полимерной матрицы, что приводит к ухудшению физических параметров формованного изделия.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату способ, включающий смешивание порошка ВТСП состава YBa₂Cu₃O_7-x и силиконового каучука, помещение смеси в пресс-форму, прессование под давлением 13,8 МПа в течение 24 ч при комнатной температуре. Приготовленная композиция содержит 1 69,9 об. порошка ВТСП и имеет пористость 6 24,2 об. Исходный порошок ВТСП имел средний размер частиц 8 мкм. При температуре жидкого азота магнитная восприимчивость приготовленного материала достигала 0,50 0,55 относительных единиц (по отношению к магнитной восприимчивости исходного ВТСП) [2] Недостатком способа-прототипа является сравнительно высокая пористость получаемого материала и длительность процесса его получения.

Цель изобретения снижение пористости изделия при сохранении магнитной восприимчивости (не менее 0,55 отн.ед.).

Цель достигается тем, что в способе, включающем смешивание порошка ВТСП с полимерным материалом и прессование, согласно изобретению, в качестве полимерного материала используют порошок поливинилхлорида (ПВХ) в количестве 10 20 от массы получаемой композиции, а прессование ведут под давлением 96 140 МПа, при 433 453 К в течение 5 25 мин.

Для осуществления способа брали порошок смолы ПВХ марки С-7059 М и порошок ВТСП YBa₂Cu₃O_7-x с размером частиц 1 5 мкм, полученный из порошков оксидов иттрия, меди и карбоната бария квалификации "особой чистоты". Загрузка шихты при получении ВТСП осуществлялась по составу "1-2-3". Измельчение и перемешивание компонентов осуществляли в шаровой агатовой мельнице. Первичный отжиг шихты проводили в течение 30 ч при 1123 К в токе кислорода с промежуточными перетирками. После отжига порошок прессовали в таблетки диаметром 10 мм и толщиной 1 2 мм под давлением 3000 МПа. Спекание керамики осуществляли в атмосфере кислорода при 1223 К в течение 10 ч. Охлаждение образцов проводили со скоростью 3,3 К/ч до 673 К. После выдержки в течение 3 ч при указанной температуре образцы охлаждали до комнатной температуры со скоростью 0,83 К/мин. Измельчение вели до размера частиц 1 5 мкм.

Для приготовления образцов смешивали в необходимых соотношениях порошки ПВХ и ВТСП. Равномерное распределение компонентов достигали прибавлением в смесь этилового спирта до полного смачивания смеси. Полученную суспензию перемешивали при комнатной температуре до испарения спирта. Образцы для исследования изготавливали методом горячего прессования. Прессование смеси осуществляли в пресс-форме с регулируемым нагревом на установке, позволяющей многократно автоматически воспроизводить температурно-временной режим нагрева, выдержку пресс-формы при заданной температуре охлаждения.

После прессования определяли пористость, магнитную восприимчивость и рассчитывали модуль Юнга по результатам ультразвуковых измерений.

Пористость рассчитывали по формуле: ρ_каж. кажущаяся плотность; ρ_ист. истинная плотность образцов.

Кажущаяся плотность определялась как отношение массы к объему образца.

Скорость и поглощения ультразвука определяли по известной методике. Магнитную восприимчивость определяли с помощью автодинной методики на частоте 1 КГц.

Измерялась мнимая часть поверхностного импеданса ВТСП образцов, которая прямо пропорциональна магнитной восприимчивости.

Пример 1. 17 г порошка ВТСП формулы YBa₂Cu₃O_7-x и 3 г порошка ПВХ после прибавления этилового спирта до полного смачивания смеси перемешивали при комнатной температуре до испарения спирта. Затем приготовленную смесь загружали в пресс-форму, нагревали до 443 К и прессовали под давлением 130 МПа в течение 15 мин.

Пористость полученного образца составляла 0,47 об. магнитная восприимчивость при 78 К 0,55 отн.ед. модуль упругости Е 1,45 · 10¹⁰ Па.

Прим- еры 2 5.

Поступали так, как описано в примере 1, за исключением того, что изменяли соотношение ПВХ и ВТСП в приготовляемом материале. Состав и свойства приведены в примерах 2 5 табл. в пределах заявленного интервала содержания компонентов (примеры 2 3). В примерах 1 3 цель достигается. За пределами заявленного интервала (примеры 4 5) цель не достигается: магнитная восприимчивость хуже, чем у прототипа.

Примеры 6 9.

Поступали так, как описано в примере 1, за исключением того, что изменяли температуру прессования. Если температура прессования выше (пример 8) или ниже заявленного интервала (пример 9), то цель не достигается.

Примеры 10 17.

Поступали так, как описано в примере 1, за исключением того, что изменяли давление и время прессования. Если давление прессования ниже (пример 12) или выше заявленного интервала (пример 13), то цель не достигается. Время прессования менее 5 мин (пример 16) и более 25 мин (пример 17) не обеспечивает достижения поставленной цели по магнитной восприимчивости и пористости.

Пример 18 (прототип).

Для доказательства достижения поставленной цели в примере 18 таблицы приведены данные по магнитной восприимчивости и пористости для лучшего образца прототипа, взятые из текста описания прототипа.

Таким образом, заявленный способ позволяет приготовить изделие из ВТСП, имеющее пониженную пористость изделия, удовлетворительные показатели механических свойств (модуль упругости, табл.) и достаточно высокую магнитную восприимчивость.

Формула изобретения

Способ получения изделий из высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающий смешивание порошка сверхпроводящего материала YBa₂Cu₃O_7-x и полимера с последующим прессованием, отличающийся тем, что, с целью снижения пористости изделия при сохранении магнитной восприимчивости, в качестве полимера используют порошок поливинилхлорида в количестве 10 20% от массы композиции, а прессование ведут при температуре 433 453 К и давлении 96 140 МПа в течение 5 25 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1