close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11997

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11997
(13) C1
(19)
C 04B 35/01
H 01F 1/01
H 01F 6/00
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ТЕКСТУРИРОВАННОЙ
КЕРАМИКИ YBa2Cu3O7-δ
(21) Номер заявки: a 20071304
(22) 2007.10.26
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Каланда Николай Александрович; Гурский Леонид Ильич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(56) YEUNG S.C. et al. Physica C, 1997, 290,
p. 334-344.
EP 0834931 A2, 1998.
US 5525585 A, 1996.
DE 4420322 A1, 1995.
EP 0773200 A1, 1997.
RU 2062769 C1, 1996.
BY 11997 C1 2009.06.30
(57)
Способ выращивания текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ, включающий приготовление шихты, прессование, нагрев до температуры синтеза, выдержку и охлаждение,
отличающийся тем, что шихту готовят из предварительно синтезированных Y2BaCuO5,
YBa4Cu3O9-δ и BaCu2O2, и CuO, взятых в соотношении (0,1-0,5):2:1:1, соответственно, нагревают в печи до 1260 К на монокристаллической подложке из MgO, выдерживают в течение 2-х часов и охлаждают до температуры кристаллизации жидкой фазы со скоростью
1 K/ч.
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в магнитах,
сепараторах, генераторах, электродвигателях, ограничителях тока, трансформаторах, магниторезистивных томографах, ускорителях заряженных частиц на сверхвысоких энергиях,
детекторах для ядерной физики и физики элементарных частиц, установках для термоядерных исследований с магнитным удержанием горячей плазмы, измерительных приборах высокой чувствительности и точности, в магниторезонансных томографах,
высокоградиентных магнитных сепараторах, в сверхпроводниковых индуктивных накопителях электроэнергии с неограниченным сроком ее хранения.
Известен способ выращивания текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ, представляющий собой способ синтеза текстурированной керамики с предварительной закалкой
шихты состава YBa2Cu3O7-δ [1]. Данный способ заключается в том, что синтез текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ осуществляли в четыре этапа. На первом этапе спрессованные таблетки YBa2Cu3O7-δ плавили в платиновом тигле при 1670К в течение 5 минут с
последующей закалкой до комнатной температуры. На втором этапе закаленные образцы
нагревались до 1320К с последующим их плавлением. Выращивание текстурированного
BY 11997 C1 2009.06.30
соединения YBa2Cu3O7-δ осуществляли на третьей стадии путем медленного охлаждения
со скоростью (5-1) град/ч от 1270К до 1220К. На четвертой стадии для насыщения кислородом текстурированного соединения YBa2Cu3O7-δ осуществляли медленное охлаждение
∼100 град/ч до 300К. При изучении электротранспортных характеристик текстурированной керамики установлено, что максимальные межзеренные значения критических плотностей тока (Jc) достигали величин 1,5*104 А/см2.
Недостаток указанного способа обусловлен тем, что полностью устранить соединения
BaCuO2 и CuO, локализованные на межзеренных границах YBa2Cu3O7-δ не удалось, что
приводит к уменьшению значений критических плотностей тока бездисипативно проходимых через межзеренные контакты. В полной мере реализовать контроль за дисперсностью и однородностью распределения зерен Y2BaCuO5, входящих в текстурированные
макрозерна YBa2Cu3O7-δ не удалось из-за неравновесности процессов происходящих при
плавлении и закалке шихты.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является
способ выращивания YBa2Cu3O7-δ, заключающийся в использовании смеси оксидов, состоящих из Y2O3, BaCuO и CuO [2]. В состав смеси был добавлен сверхстехиометрический компонент Y2O3 для того, чтобы достигнуть содержания соединения Y2BaCuO5 в
матрице YBa2Cu3O7-δ в молярном соотношении 5 мол. (YBa2Cu3O7-δ):1мол(Y2BaCuO5). Для
минимизирования размеров зерен Y2BaCuO5 в матрице YBa2Cu3O7-δ в исходную шихту
дополнительно добавлялось 0,5 вес. % порошка состава РtO2⋅Н2О. Порошки прекурсоров
были смешаны вручную в высоком алюминиевом тигле и спрессованы в таблетки диаметром в 1 см. Спрессованные таблетки помещались в печь, нагревались до 1050 К в течение
3 часов и изотермически выдерживались в течение 10 часов. Затем таблетки извлекались
из печи и сразу же помещались в предварительно подогретую печь для выращивания текстуры. Образцы нагревались до 1300 К со скоростью 250 град/мин, выдерживались в печи
при той же температуре в течение 10 минут, а затем охлаждались ниже перитектической
температуры со скоростью 1 град/мин до 1275 К, и со скоростью 1 град/ч - до 1230 К.
Дальнейшее охлаждение осуществлялось в режиме выключенной печи.
Недостатками данного способа являются: низкая дисперсность частиц Y2BaCuO5, некоторые части текстурированного образца могут содержать крупные частицы Y2BaCuO5,
что отрицательно сказывается на механических и сверхпроводящих свойствах купрата иттрия бария. Неоднородность распределения зерен Y2BaCuO5 в текстурированной матрице
YBa2Cu3O7-δ. Синтез текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ осуществляется через промежуточную фазу Y2BaCuO5, низкие значения Jc = 4*104 А/см2 при 77К в отсутствии магнитного поля. Отсутствие воспроизводимости физико-химических свойств текстуры
YBa2Cu3O7-δ из-за их ситеза в условиях далеких от термодинамического равновесия (быстрый нагрев с последующим плавлением YBa2Cu3O7-δ, закалка, помол, опять быстрый
нагрев и т.д.), а также зависимости от предистории получения исходных реагентов.
Задачей данного способа является упрощение способа выращивания текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ за счет прямого синтеза без промежуточных фаз, уменьшение
экономических затрат, удешевление способа, проведение синтеза в условиях контроля
дисперсности и распределения частиц Y2BaCuO5, увеличение значений критических плотностей тока и устранения неравновесности протекания процесса кристаллизации
YBa2Cu3O7-δ.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе выращивания текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ, включающей приготовление шихты, прессование, нагрев
до температуры синтеза, выдержку и охлаждение.
Новым по мнению авторов является то, что шихту готовят из предварительно синтезированных Y2BaCuO5, YBa4Cu3O9-δ, BaCu2O2 и CuO, взятых в соотношении (0,10,5):2:1:1, соответственно, нагревают в печи до 1260К на монокристаллической подложке
2
BY 11997 C1 2009.06.30
из MgO, выдерживают в течение 2-х часов и охлаждают до температуры кристаллизации
жидкой фазы со скоростью 1 К/ч.
Сущность изобретения заключается в использовании в качестве исходных реагентов
сложных оксидов Y2BaCuO5, YBa4Cu3O9-δ и ВаСu2О2 для проведения прямого синтеза без
промежуточных фаз, в ликвидации неравновесности протекания процесса кристаллизации
YBa2Cu3O7-δ, в контроле дисперсности и распределения частиц Y2BaCuO5 в объеме образца и в увеличении значений критических плотностей тока бездисипативно проходимых
через текстурированную керамику YBa2Cu3O7-δ.
Данное изобретение реализуется следующим образом. Соединения Y2BaCuO5,
YВа4Сu3O9-δ и ВаСu2О2 синтезировались из оксидов Y2O3, CuO и карбоната бария (ВаСО3)
квалификации "ОСЧ". Перемешивание и помол смесей исходных реагентов со спиртом
проводилось в вибромельнице в течение 3 часов. Полученные смеси стехиометрических
составов сушили при температуре 320К до полного удаления спирта и прессовали под
давлением 1-2 Т/см2 в таблетки диаметром 8 мм и высотой 4 мм. Предварительный обжиг
осуществляли на воздухе при температурах 1100К, 1070К и 1020 К в течение 18 часов, соответственно для Y2BaCuO5, YBa4Cu3O9-δ и ВаСu2О2. Для повышения гомогенизации шихты использовали вторичный помол в вибромельнице в течение 2 часов. Затем из
неоднофазных порошков прессовали таблетки с использованием пластификаторов и олеатов. Окончательный синтез образцов осуществляли на воздухе при 1310К, 1270К, 1220К
для Y2BaCuO5, YBa4Cu3O9-δ и ВаСu2О2 соответственно.
Известно, что использование мелкодисперных зерен Y2BaCuO5 способствует устранению образования микротрещин, увеличению кинетики сорбции кислорода, а также повышению межзеренных значений Jc за счет увеличения центров пиннинга магнитного
потока. В связи с этим для получения текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ c высокими значениями Jc использовали исходный порошок с контролируемыми размерами частиц
Y2BaCuO5. Для выделения зерен Y2BaCuO5 со средним диаметром 100 < dcp < 300 мм применяли сито. Тонкий помол шихты Y2BaCuO5 осуществляли в шаровой мельнице в спирту. Шихта после помола содержала зерна Y2BaCuO5 размером dcp∼10 мкм не менее 70 %.
Для получения гомогенной смеси порошков Y2BaCuO5, YBa4Cu3O9-δ, BaCu2O2 и СuО
нами был использован механический помол в спирту. Несмотря на то, что порошки
YBa4Cu3O9-δ, BaCu2O2 и СuО являются низкотекучими и обладают слабой пластичностью,
использование смесей порошков позволило не использовать пластификаторы при прессовании таблеток. Это обусловлено тем, что степень упаковки полидисперсионного состава
выше, чем у монодисперсного порошка. Обнаружено, что наиболее плотные без расслоения таблетки геометрических размеров 20 мм в диаметре и высотой 10 мм получены при
давлении прессования ~ 4 Т/см2 с использованием олеатов, позволяющих уменьшать трение между пресс-формой и пуансоном, а также потери усилия пресса. Синтез текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ в таблетке, состоящей из смеси порошков
k Y2BaCuO5 + 2YBa4Cu3O9-δ + BaCu2Ox + CuOx, где 0<k<3, и расположенной на монокристаллической подложке MgO начинали осуществлять при 1260К после выдержки таблетки
в течение 2 часов с последующим медленным охлаждением от 1260К до 1200 К со скоростью 1 К/ч. Обнаружено, что максимальными значениями Jc = 5,1*104 А/см2 при Т = 77 К в
отсутствии магнитного поля обладали образцы с содержанием Y2BaCuO5 в исходной шихте 20 мол % (таблица).
3
BY 11997 C1 2009.06.30
Влияние состава шихты на значения критических плотностей тока в текстурированной керамике YBa2Cu3O7-δδ.
Состав
Критические значения
Смесь порошков
шихты, k
плотности тока, А/см2
0,5
3,9*104
0,1
4,3*104
0,15
4,9*104
k Y2BaCuO5 + 2YBa4Cu3O9-δ + BaCu2Ox + CuOx
0,2
5,1*104
0,25
4,7*104
0,3
4,1*104
Преимуществом заявляемого изобретения по сравнению с известным является: упрощение и экономичность способа выращивания текстурированной керамики YBa2Cu3O7-δ за
счет прямого синтеза без промежуточных фаз, увеличение значений критических плотностей тока, контроль дисперсности и распределения частиц Y2BaCuO5 в текстурированной
матрице YBa2Cu3O7-δ.
Источники информации:
1. Murakami M., Morita M., Doi K., Miyamoto K. // Jpn. J. Appl. Phys. - 1989. - Vol. 28.
№ 7. - P. 1189-1194.
2. S.C. Yeung, H.F. Yang, P.J. McGinn // Physica С. 290 (1997). - 334-344.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
88 Кб
Теги
by11997, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа