СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА Российский патент 1994 года по МПК C04B35/00 

Изобретение относится к способам получения высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) общей формулы LnBa₂Cu₃O_7-б, где Ln= Y, Gd, Sm, Eu, Dy, Ho, которые могут быть использованы в электронной и электротехнической промышленностях при изготовлении сверхпроводящих элементов приборов и систем.

Известен способ получения высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O_7-б, включающий приготовление исходной шихты, содержащей порошки оксида иттрия, карбоната бария и оксида меди, термообработку шихты при 900-970^оС в атмосфере кислорода в течение 16-32 ч, охлаждение шихты, измельчение до размеров частиц ≈1 мкм, прессование порошка при давлении 951 кг/см² в компакт и повторную термообработку при 900-970^оС в течение 16-32 ч и охлаждение компакта в течение 6 ч [1] .

Недостатком способа является длительность процесса, которая составляет не менее 50 ч и невысокий выход материала, содержащего сверхпроводящую фазу.

Известен способ получения высокотемпературного сверхпроводника YBa₂Cu₃O_7-б, включающий приготовление стехиометрической смеси купрата бария состава BaCuO₂ и купрата иттрия Y₂Cu₂O₅ и ее высокотемпературный отжиг при 900-920^оС в атмосфере кислорода в течение 16-46 ч, затем отжиг с целью гомогенизации полученного продукта при 400-600^оС в течение 16-34 ч [2] .

Недостатком способа является длительность процесса и невозможность получить однородную структуру целевого материала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения высокотемпературного сверхпроводника состава YBa₂Cu₃O_7-б, который включает приготовление шихты из купрата иттрия и купрата бария в качестве Y-Ba-Cu-содержащих компонентов и ее высокотемпературную 3-х стадийную обработку в течение не менее 3-х ч при 800, 900 и 950^оС соответственно [3] .

Недостатком способа является невысокая критическая температура, выход сверхпроводящей фазы и однородность структуры.

Целью изобретения является повышение критической температуры и получение материала с высоким содержанием сверхпроводящей фазы и однородной структурой.

Цель достигается тем, что способ получения высокотемпературного сверхпроводника LnBa₂Cu₃O_7-б включает приготов- ление шихты из Ln-Ba и Cu-содержащих компонентов, при этом в качестве Ba-Cu-содержащего компонента используют смесь купрата бария BaCu₂O₂ с купратом бария BaCuO₂ или оксидом меди и оксидом или пероксидом, или нитридом, или карбонатом бария, в качестве Ln-содержащего компонента используют соединение из ряда L₂O₃, Ln₂Cu₂O₅, Ln₂(CO₃)₃, Ln(NO₃)₃.

Сущность изобретения состоит в следующем: готовят исходную шихту, содержащую порошки купрата бария состава BaCu₂O₂ или смесь BaCu₂O₂ и купрата состава BaCuO₂, к приготовленной смеси добавляют любой из компонентов, содержащий Ln, например, купрат Ln-Ln₂Cu₂O₅, Ln₂O₃, Ln₂(CO₃)₃, Ln(NO₃)₃, при этом соотношение компонентов в смеси берут в количестве необходимом для обеспечения соотношения в целевом продукте Ln: Ba: Cu, равном 1: 2: 3. При необходимости для обеспечения заданного соотношения Ln: Ba: Cu в шихту в качестве Ва - содержащего компонента может быть введен его пероксид, нитрат, оксид или карбонат, а в качестве Cu - содержащего компонента ее оксид. Шихту гомогенизируют перемещением компонентов, прессуют в виде таблеток, либо компактов заданной формы и подвергают термической обработке в кислородсодержащей среде при 860-900^оС в течение 30-120 мин. При такой термообработке получают компакт черного цвета по составу LnBa₂Cu₃O_7-б, имеющий температуру начала перехода в сверхпроводящее состояние (Т_н) в зависимости от входящего в него Ln 95-99 К и Т_о= 91-94 К.

В качестве исходных компонентов используют порошки соответствующих соединений иттрия, бария и меди марок "хч" или "осч". Купрат бария состава BaCuO₂ получают термическим отжигом смеси ВаСО₃ и CuO при 850^оС. Купрат бария состава BaCu₂O₂ получают в режиме горения из смеси ВаО₂+2Сu BaO₂+2Cu BaCu₂O₂ BaCu₂O₂ или используют BaCu₂O₂, полученный термическим отжигом в вакууме смеси ВаО и Cu₂O при 800^оС в течение 20 ч.

При этом достижение цели с максимальным результатом наблюдается при использовании BaCu₂O₂, полученного в режиме горения (см. таблицу).

П р и м е р 1. Готовят 100 г смеси из Y-Ba и Сu - содержащих компонентов, в качестве которых берут оксид иттрия и Ba-Cu - содержащий компонент, в качестве которого используют смесь купратов бария состава BaCu₂O₂ и BaCuO₂ при соотношении 1/2M Y₂O₃+1MBaCu₂O₂+1M BaCuO₂, обеспечивающих соотношение Y: Ba: Cu в целевом продукте, равном 1: 2: 3, при этом BaCu₂O₂ получен в режиме горения. Смесь прессуют в виде заготовки, помещают в муфельную печь и при температуре 860^оС выдерживают в течение 30 мин в атмосфере кислорода. После охлаждения получают компакт черного цвета, состав которого YBa₂Cu₃O_7-б. Температура начала перехода полученного материала в сверхпроводящее состояние 98 К, Т_о = 94 К.

Результаты примера 1 и другие примеры способа представлены в таблице с указанием составов компонентов шихты, режимов синтеза.

Материалы, полученные по всем примерам имеют состав LnBa₂Cu₃O_7-б, однородную структуру, температуру начала перехода в сверхпроводящее состояние не ниже 95-98 К, Т_о= 91-94 К и высокое содержание сверхпроводящей фазы (80-100% ) и равномерное ее распределение по образцу. (56) 1. Заявка РСТ/US 88/01659, опубл. 088/09312, С 04 В 35/50, 1988 г.

2. Сhoy Jin-Ho, Choe Won-Jaend e. a. "Preparation of 90K superconductor JBa₂Cu₃0_7-б via oxide precursors BaCuO₂ and J₂Cu₂O₅ "Mater. Res. Bull".

3. Заявка ФРГ N 3817319 А1, С 04 В 35/50, 1988 г.

Использование: в электронной и электротехнической промышленностях при изготовлении сверхпроводящих элементов общей формулы LnBa₂Cu₃O_7-8, где Ln - У, Ув, Sm, Еи, Ду, Но. Сущность изобретения: смешивают исходные компоненты и проводят термическую обработку полученной смеси в кислородсодержащей атмосфере при 860 - 900С. В качестве Ва-Си-содержащего компонента используют смесь купрата бария BaCu₂O₂ с купратом бария BaCuO₂ или оксидом меди и оксидом или пероксидом, или нитратом, или карбонатом бария, а в качестве Ln-содержащего компонента - соединения из ряда: Ln₂Cu₂O₅, Ln₂(CO₃)₃, Ln₂O₃, Ln(NO₃)₃. Положительный эффект: температура начала перехода в сверхпроводящее состояние не ниже 95 - 98 К, T_o=91-94K, содержание сверхпроводящей фазы 80 - 100% . 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДНИКА формулы
LnBa₂Cu₃O_x,
где Ln - Y, Gd, Sm, Eu, Dy, Ho,
путем перемешивания компонентов и последующей термической обработки полученной смеси в кислородсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что, с целью увеличения критической температуры и получения материала с высоким содержанием сверхпроводящей фазы и однородной структурой, в качестве Ba - Cи-содержащего компонента используют смесь купрата бария BaCu₂O₂ с купратом бария BaCuO₂ или оксидом меди и оксидом, или пероксидом, или нитратом, или карбонатом бария, а термообработку проводят при 860 - 900^oС.