Способ получения сверхпроводящего материала

 

Использование: относится к получению сверхпроводниковых материалов в режиме горения. Сущность изобретения: способ получения материала включает смешение компонента, содержащего лантаноид, в том числе скандий и иттрий, в качестве которого используют по крайней мере один из его сульфидов, оксид меди, оксид и пероксид щелочноземельного металла, инициирование процесса горения в присутствии окислителя, в качестве которого используют перхлорат аммония, щелочного, щелочноземельного металла и/или пентаоксид иода, причем процесс проводят под давлением 0,06 - 8,0 МПа. Изобретение позволяет получать сверхпроводящий материал с регулируемой пористостью и высокой механической прочностью. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения пористых высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП), содержащих лантаноид, в том числе Sc, Y, которые могут быть использованы в качестве композиционного материала для опор и рабочих тел левитирующих гироскопов и подвесок, в элементах фокусировки электронных пучков, в импульсных гидродинамических устройствах МГД-установках. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ получения сверхпроводящего материала, включающий смешение компонента, содержащего лантаноид, в том числе скандий или иттрий, с порошком оксида меди, оксид и пероксид щелочноземельного металла, и инициирование реакции горения смеси в присутствии окислителя. Известный способ позволяет получать целевой материал с пористостью 20-50% однако с низкими механическими характеристиками, что делает невозможным его прямое использование в электротехнической промышленности. Низкие механические характеристики (прочность на сжатие 2 МПа) известного материала объясняются слабой спеченностью частиц из-за отсутствия жидкой фазы при темпеpатуре синтеза. Кратковременность процесса синтеза при данной температуре 900оС не позволяет получить более высокую спайность частиц за счет диффузионных процессов. Целью изобретения является повышение механической прочности материала с регулируемой пористостью. Цель достигается тем, что способ получения сверхпроводящего материала включает смешение порошков по крайней мере одного из сульфидов группы лантаноидов, в том числе скандия и иттрия, оксида меди, сульфида меди, оксида и пероксида щелочноземельного металла и инициирование в смеси процесса горения под давлением 0,06-8,0 МПа в присутствии окислителя, в качестве которого используют перхлорат аммония, щелочного, щелочноземельного металла и/или пентаоксида иода. Сущность изобретения состоит в следующем. Готовят исходную смесь их порошков, содержащих по крайней мере один из сульфидов металла группы лантаноидов, в том числе скандия и иттрия, оксида меди (CuO), сульфида меди (CuS), оксида щелочноземельного металла (СаО, SrO или ВаО), пероксида щелочноземельного металла (BaO2, SrO2, CaO2), в которую вводят порошок окислителя из ряда: перхлорат аммония (NH4ClO4), перхлорат натрия, калия, щелочноземельного металла (KClO4, NaClO4, LiClO4, Ba(ClO4)2, Ca(ClO4)2, Sr(ClO4)2, Mg(ClO4)2), пентаоксид иода (J2O5) или их смеси. Полученную смесь формуют, помещают в реактор самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), подводят к смеси вольфрамовую спираль, создают в реакторе давление 0,06-8,0 МПа, подают на спираль кратковременный импульс тока, в результате чего начинается процесс горения в смеси. После окончания процесса горения (10-20 с) содержимое реактора охлаждают и продукт в виде пористого материала анализируют, определяют его состав и прочность на сжатие. Количество вводимого в исходную смесь твердого окислителя определяется необходимостью обеспечения содержания кислорода 7,5 атомных единиц. Использование сульфидов меди, сульфидов металлов группы лантаноидов позволяет в смеси с окислителем (перхлоратом аммония, щелочного, щелочноземельного металла, пентаоксидом иода или их смесью) получить экзотермическую реакцию, протекающую с выделением значительного количества тепла и одновременным образова- нием газообразного продукта SO2. Введение оксидов меди и щелочноземельного металла понижает удельное тепловыделение системы до образования не более 30 об. жидкой фазы. Присутствие пероксида щелочноземельного металла (с температурой плавления около 450оС и разложением в интервале 600-800оС) обеспечивает наличие жидкой фазы в зоне прогрева перед фронтом волны горения, что способствует сохранению заданной формы изделия в процессе синтеза. Температура во фронте волны горения близка к температуре образования жидкой фазы ВТСП, но количество жидкой фазы для заявленных компонентов не превышает 30 об. от общего объема целевого материала. Выделяющийся газообразный SO2 при горении (окислении) сульфида с окислителем пронизывает твердо- жидкую, вязкую массу продуктов синтеза, образует сеть поровых капилляров и, выходя, уносит избыток тепла. За фронтом волны горения после прохождения реакции синтеза следует фронт кристаллизации и фиксирует образовавшийся пористый каркас. При этом изменение давления газовой среды в реакторе приводит к изменениям скорости горения исходной смеси. Скорость горения СВС-системы с газообразным продуктом SO2 сильно зависит от давления. Газовыделение в единицу времени прямо пропорционально скорости горения, но выше и интенсивность теплоотвода в окружающую среду. Таким образом при повышении давления газа в реакторе объем выделяющегося газа SO2 меньше (при большей плотности) и, как следствие, уменьшается пористость связанного каркаса. Пpи понижении давления процесс идет с увеличением объема SO2, что приводит к увеличению пористости. Выше 8 МПа скорость горения слабо зависит от давления и процесс синтеза выходит из области управления пористостью. Дальнейшее повышение давления нецелесообразно и ведет к излишнему расходу газа. П р и м е р. Получение YBa2Cu3O7,5. Готовят исходную смесь из порошков сульфидов меди, иттрия, оксидов меди и бария, пероксида бария, в которую вводят окислитель перхлорат аммония при соотношении исходных компонентов, в молях: CuS 1,0; Y2S30,5; CuO 2,0; BaO 1,0; Ba2O 1,0; NH4Cl3 2,0. Полученную смесь помещают в реактор СВС и локально инициируют волну горения. Процесс проводят под давлением 0,06 МПа. После окончания реакции синтеза и остывания целевой материал извлекают, определяют пористость и сверхпроводящие характеристики. Пористость составляет 68% температура перехода в сверхпроводящее состояние Тс 92К, Тс 1,8 К, сж3,5 МПа. Другие примеры реализации способа представлены в таблице с указанием состава исходной смеси компонентов, давления в реакторе и качества целевого материала. Как следует из представленных данных, способ позволяет получать целевой материал в виде связанного пористого каркаса (пористость от 27 до 68%) и сж 3,5-6,0 МПа. При этом материал характеризуется отсутствием переходных межкристаллитных областей, т.к. образовывался с участием до 30 об. жидкой фазы. Целевой материал применяется также для создания композитов ВТСП-полимер, ВТСП-серебро. Способ позволяет получать целевой материал заданной формы, пористости, значительных геометрических размеров и повышенной механической прочности.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА, включающий приготовление стехиометрической смеси, содержащей соединение редкоземельного элемента, оксид меди, оксид и пероксид щелочноземельного металла, и ее термообработку в режиме горения в присутствии окислителя под давлением инертного газа, отличающийся тем, что, с целью увеличения механической прочности материала с регулируемой пористостью, смесь дополнительно содержит сульфид меди, в качестве соединения редкоземельного элемента используют по меньшей мере один его сульфид, в качестве окислителя используют по меньшей мере одно соединение из группы: перхлорат аммония, перхлорат щелочного или щелочноземельного металла, пентаоксид иода, а процесс проводят по давлением 0,06 8,0 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов и может быть использовано в качестве високоогнеупорного инертного электроизоляционного материала Цель изобретения - повышение электросопротивления, прочности и стойкости к расплавам агрессивных металлов

Изобретение относится к керамическим диэлектрическим материалам и может быть использовано в радиотехнике, преимущественно в качестве высокочастотного термостабильного конденсаторного материала

Изобретение относится к керамическим материалам, которые могут быть использованы для создания термочувствительных контролирующих-регулирующих датчиков емкостного типа

Изобретение относится к электропроводным материапам, которые могут быть использованы в качестве электродов в высокотемпературных твердозлектролитных системах

Изобретение относится к ферромагнитным материалам и может быть использовано для создания устройств, работающих в сверхвысокочастотном диапазоне и в вычислительной технике

Изобретение относится к области электронной техники, к термочувствительным резистивным материалам

Изобретение относится к керамической промышленности, преимущественно к огнеупорным массам для высокотемпературной изоляции тепловых агрегатов, применяемых при изготовлении фурм судовых паровых котлов
Наверх