超导材料及其制备方法

赵忠贤, 陈立泉, 杨乾声, 黄玉珍, 陈赓华, 唐汝明, 刘贵荣, 崔长庚, 陈烈, 王连忠, 郭树权, 李山林, 毕建清, 车广灿, 解思深, 梁敬魁, 张玉苓, 俞育德, 成向荣, 李克胜, 董 成, 陈维, 倪泳明, 王昌庆

1990年7月18日

1987年3月27日

1987年3月27日

中国科学院物理所

C04B35/00GK1044003SQ90100388

超导 材料

1.一种高温超导材料，其特征是以MxDzR5-xzA5O5(3-y)表示的四元氧化物组成的体系，其中M=Ca，Sr，BaD=Sc，Y，La，ThR=Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Pb，ZrA=Cu，Ag，AuX=0.01-4.99Y=0.01-4.99Z=0.01-4.992.一种按权利要求1所述的高温超导材料的制备方法，其特征在于采用直接烧结法;a、以M、D、R、A为元素代表，用市售98.00%-99.999%纯度的各种元素相应氧化物，硝酸盐或碳酸盐化合物为原料，(如Ba(NO3)2，BaCO3，Y2O3或Tn(OH)4，按元素组分比例称料，混合研磨，压实成型，放入耐火材料坩埚中，(如铂金，石英，氧化铝);b、将装好料的坩埚置于管式炉内加热，升温速率为35-200℃/小时，当温度达到900℃-1400℃时，恒温2-24小时，恒温烧结进行固态反应，然后，炉温冷却到室温;c、取出样品再研磨，重新压实成型，再放入坩埚中置于炉中加热，进行恒温热处理，热处理温度900℃-1400℃时，恒温3-10小时;d、固态反应和热处理，可直接在空气中或在惰性气体气氛下进行，(如N2，Ar或O2)充气的流速为1-500ml/分钟，或在空气中富氧或缺氧下进行

本发明属于超导材料领域1987年2月我们在实验室成功地制备出以MxR5-xA5O5(3-Y)体系的超导体，其起始转变温度110K，零电阻温度78.5K，中点转变温度92.8K，转变宽度4K的Ba.Y5-xCu5O5(3-y)液氮温区超导材料可见参考文献(1)KEXVETONGBAO，VO1.32，NO.10(1987)661-4;(2)专利申请号87100997，申请日87年3月2日此后，世界上报道了美国休斯顿大学朱经武教授做出超导材料的超导转变温度为98K本发明的目的是寻找制备出具有更高的临界转变温度、超导性能更好的新的超导材料本发明的高温超导材料，是由MxDzR5-x-zA5O5(3-Y)表达式表示的四元氧化物组成的体系，其中M＝Ca，Sr，Ba;D＝Sc，Y，La，Th;R＝Ce，Pr，Na，Pm，Sm，Em，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Pb，Zr;A＝Cu，Ag，Au;X＝0.01-4.99;Y＝0.01-4.99;Z＝0.01-4.99;本发明的超导材料是用直接烧结法制备的选用市售的、一般纯度为98.00%-99.999%相应元素的氧化物或这些元素相应的硝酸盐或碳酸盐原料(如Ba(NO3)2，BaCO3)还有Th(OH)4，按MxDzR5-x-zA5O5(3-y)体进行任意的组合配料，将所选择的组分称好料，用玛瑙研钵充分研磨混合均匀，把粉末放入金属模具中压实成型，放入耐火材料的坩埚中，如铂金、氧化铝、石英，也可以不压成型直接放入耐火坩埚中，再将已装配好料的坩埚放到大一号耐火材料坩埚中去，目的是为了使样品周围温度均匀，并容易控制气氛，下一步把装配好的这套坩埚置于管式或箱式电炉中，以10-400℃/小时的升温速率升温，当温度达到900℃-1400℃时恒温2-24小时，烧结进行固态反应恒温是为了使其反应充分，然后使炉温冷却到室温，取出样品仔细研磨，重新压实成型，再装入耐火坩埚内置于炉中升温到900℃-1400℃恒温1-10小时进行热处理，即可得到一种新的超导材料在烧结固态反应或热处理过程中，可以在空气中进行，也可以在炉内充以惰性气体(N2，Ar)或O2，(充气的流速为1-500ml/分钟)或者在空气中富氧或缺氧下进行制备本发明的超导材料所用原料广泛，工艺简单，其中有些液氮温区超导材料的转变温度、临界电流和临界磁场高于Ba-Y-Cu-O超导材料，这就使超导材料的品种大大增加，从而为超导材料的广泛应用开辟了道路，同时为超导理论的研究和寻找室温超导体提供了更多的依据实施例一用市售的99.99%的Ba(NO3)20.0189克，Y2O30.2119克，Lu2O30.1867克，CuO 0.2485克为原料，按Ba0.5Y3.0Lu5-0.5-3.0Cu5O5(3-y)配比，将原料称好，放入玛瑙研钵中，充分研磨后再放入白金坩埚中，在自制的管式炉中升温到950℃，恒温3小时，使其进行固态反应，然后随炉冷却到室温，将样品取出后再经研磨，研磨后重新在模具中压实成型后，再放在白金坩埚(或AI2O3埚中)进行退火，即可得到高温超导材料测量结果表明制备的超导材料中点转变温度为89.3K实施例二按Ba0.5Y4.2Dy5-0.5-4.2Cu5O5(3-Y)配比，选用Ba(NO3)20.1633克，Y2O30.5932克，Dy2O30.0699d克，CuO 0.4972克为原料，工艺过程同例一，制备的超导材料中点转变温度为95.2K实施例三按Ba0.5Dy0.5Lu5-0.5-0.5Cu5O5(3-Y)配比，选用Ba(NO3)20.0819克，Dy2O30.0583克，Lu2O30.4974克CuO 0.2488克为原料，工艺过程同例一，制备的超导材料中点转变温度为89.5K实施例四按Ba3YScCu5O11+Y配比，选用Ba(NO3)21.2689克，Y2O30.2259克，Sc2O30.1379克，Cu(NO3)2·3HO 2.4160克为原料，工艺过程同例一，只是热处理时，温度为990℃恒温6-8小时，制备的超导材料起始转变温度100K，零电阻温度86.5K，磁测量结果90.5K实施例五按Ba3Th5Pb0.1Cu5O13+Y配比，选用Ba(NO3)20.78402克，Th(OH)40.49807克，Pb3O40.0246克，Cu(NO3)5·3HO 1.2080克为原料，工艺过程同例一，制备的超导材料起始转变温度为89.7K，零电阻温度为79K，磁测量结果为81.4K实施例六按Ba0.5Th2Zr0.1Cu5O10+Y配比，选用Ba(NO3)20.13067克，Th(OH)40.49807克，ZyO20.012322克，Cu(NO3)2·3HO 1.208克为原料，工艺过程同例一，制备的超导材料磁测量结果为71.4K