Способ получения изделий из сверхпроводящих оксидных соединений

 

Использование: для создания длинномерных токопроводящих изделий, эксплуатируемых при 77 К в сильных магнитных полях. Сущность изобретения: смесь порошков оксидов компонентов высокотемпературного сверхпроводящего соединения расплавляют при температуре 100-200°С выше температуры плавления сверхпроводящего соединения. Расплав прокатывают между водоохлаждаемым профилированным валком и перемещающейся в горизонтальной плоскости водоохлаждаемой профилированной медной плитой, после чего проводят отжиг для перевода материала изделия из аморфного в кристаллическое состояние. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области технической сверхпроводимости, в частности, для создания длинномерных изделий из металлооксидных материалов, обладающих высокотемпературной сверхпроводимостью и эксплуатируемых при температурах жидкого азота в сильных магнитных полях. Известен способ получения сверхпроводящих изделий из металлооксидного соединения Bi₂Ca₁Sr₂Cu₂O_x (2212), включа- ющий приготовление смеси Вi₂O₃, CaO, SrCO₃ и CuO, прокаливание смеси при 800^оС в течение 24 ч на воздухе и охлаждение в печи, затем измельчение материала, прессование, нагрев на воздухе до 820-895^оС и закаливание в жидком азоте. Полученные изделия имеют малую механическую прочность, большую пористость и низкие значения критического тока материала. Наиболее близким техническим решением, по технической сущности и по достигаемому результату при его использовании является способ приготовления высокоплотной керамики Bi-Sr-Ca-Cu-O, включающий приготовление смеси порошков исходных соединений, содержащих компоненты сверхпроводящего соединения в стехиометрическом соотношении, твердофазный синтез при 800^оС, спекание на воздухе при 800^оС 18 ч, затем при 850^оС 24 ч, измельчение в порошок, плавление шихты при 1000^оС 2 ч, закалку расплава с переводом в аморфное состояние, которую осуществляли с одновременной деформацией между двумя медными плитами. Далее образцы подвергали кристаллизационному отжигу при 820 и 850^оС в атмосфере кислорода. Известный способ приводит к образованию рекристаллизации однофазного соединения с температурой перехода в сверхпроводящее состояние Т_к 85К. Однако в известном способе закаленные образцы имели аморфную структуру лишь частично из-за недостаточной скорости охлаждения, ограниченные размеры и неконтролируемую форму. Неполная аморфизация приводит к возникновению в системе дополнительных центров кристалли- зации, что вызывает появление промежуточных соединений системы Bu:Sr:Ca:Cu:O и затрудняет возможность управления процессами направленной кристаллизации, например ориентированного роста кристал- литов, что в конечном счете приводит к снижению сверхпроводящих свойств изделия. Целью изобретения является улучшение сверхпроводящих свойств путем повышения эффективности аморфизации и получение изделий в виде металлических или керамических лент с покрытием из сверхпроводящих оксидных соединений. Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем приготовление смеси порошков исходных соединений, содержащих компоненты сверхпроводящего соединения в стехиометрическом соотношении, плавление, закалку расплава с переводом в аморфное состояние с одновре- менной деформацией и кристаллизационный отжиг, согласно изобретению, в качестве исходных соединений используют оксиды компонентов, смесь нагревают на 100-120^оС выше температуры плавления оксидного соединения в медном водоохлаж- даемом тигле, закалку проводят со скоростью не менее 10⁵ К/с, а деформацию проводят путем прокатки расплава между водоохлаждаемым профилированным валком и перемещающейся в горизонтальной плоскости со скоростью от 500 до 1000 мм/мин водоохлаждаемой профилированной медной плитой. Поставленная цель достигается также тем, что в профилированный канал плиты предварительно укладывают металлическую фольгу или пластину из керамического материала. Способ реализуется в устройстве, представленном на чертеже. Устройство состоит из медной водоохлаждаемой плиты 1, в которой выполнены канавки различной конфигурации 2, плита снабжена механизмом перемещения ее горизонтально с регулируемой скоростью (на схеме не показан). Сверху плиты находится медный водоохлаждаемый валик 3 со свободной посадкой на валу, существует возможность регулируемого упругого поджима валика к плите. Над плитой находится медный водоохлаждаемый блок 4 в котором на плоскости наклоненной относительно поверхности плиты находится лунка-тигель 5 для размещения расплава и канал 6 для подачи шихты. П р и м е р 1. Исходные химически чистые окислы Bi₂O₃, SrCO₃, CaCO₃ и CuO взятые в пропорции, обеспечивающей химический состав 2212, перемешивают в течение 15-20 мин до получения однородной шихты. Полученную смесь через канал 6 подают в лунку-тигель 5. Шихту расплавляют высокотемпературной струей инертного газа, создаваемого плазменной горелкой установки УПУ-3М 7 (в примерах 3-5 (см.таблицу) электродом для аргоно-дуговой сварки). Зона нагрева расплава находится на расстоянии 5-10 мм от края лунки, что позволяет с помощью плазменной струи не только плавить материал, но и что очень существенно, удерживать расплав в лунке и тем самым регулировать его непрерывную подачу в канавку на плите в процессе прокатки. Затем расплав подвергают закалке со скоростью не менее 10⁵ К/с, в процессе перемещения плиты 1 со скоростью 800 мм/мин, между поверхностями плиты и валика 3. При получении лент с покрытием (см.таблицу примеры 6, 7) перед прокаткой в канавки укладывали циркониевую фольгу или пластины из оксида магния. После закалки изделие подвергают кристаллизационному отжигу более 2 ч в атмосфере воздуха при температуре 820-850^оС (аналогичный режиме отжига использовали в примерах 2-7). П р и м е р 8 (Известный способ). Пpиготавливают смесь из исходных соединений Bi₂O₃, SrCO₃, CaCO₃ и CuO для получения фазы состава Bi:Sr:Ca:Cu 2: 2: 1: 2, проводят твердофазный синтез при 800^оС на воздухе в течение 16 ч, затем при 850^оС в течение 24 ч, подвергают измельчению в порошок, расплавляют в тигле, выливают на медную плиту и прижимают сверху другой медной плитой. Скорость закалки составила 10³ К/с. Закаленные образцы частично имеют аморфную структуру. Затем проводят отжиг при 800-850^оС в атмосфере кислорода. Полученные образцы имеют вид чешуек толщиной 0,1-0,2 мм. В таблице приведены параметры режимов аморфизации и скорости прокатки, а также результаты рентгеноструктурного и электронно-микроскопического исследования образцов, полученных предложенным и известным способами. Измерения температур сверхпроводящего перехода изделий после термической обработки, показали, что начало перехода соответствует Т_к^н 99 К (по резистивным измерениям), а конец перехода Т_{к (R=0)}^к 89 К. Способ позволяет получать длинномерные изделия различной конфигурации: ленты шириной 2-3 см, толщиной 1-2 мм и цилиндрические стержни диаметром 2-3 мм длиной до 20-30 см.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, при котором образуют смесь порошков исходных соединений, содержащих компоненты сверхпроводящего соединения в стехиометрическом соотношении, проводят расплавление шихты, закалку расплава с переводом в аморфное состояние с одновременной деформацией до получения требуемого размера и кристаллизационный отжиг, отличающийся тем, что, с целью улучшения сверхпроводящих свойств путем повышения эффективности аморфизации, в качестве исходных соединений используют оксиды компонентов, расплавление смеси порошков проводят при температуре на 100-200^oС выше температуры плавления сверхпроводящего оксидного соединения, закалку проводят со скоростью не менее 10⁵ К/с, а деформацию проводят путем прокатки расплава между водоохлаждаемым профилированным валком и перемещающейся в горизонтальной плоскости со скоростью от 500 до 1000 мм/мин водоохлаждаемой профилированной медной плитой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения изделий в виде металлических или керамических лент с покрытием из сверхпроводящих оксидных соединений, в профилированный канал плиты предварительно укладывают металлическую фольгу или пластину из керамического материала. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расплавление шихты ведут в медном водоохлаждаемом тигле.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---