СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ Российский патент 1996 года по МПК C04B35/00 B22F1/00 

Изобретение относится к способу получения так называемых бесконечнослоевых (Infinite Layer) IL-соединений состава Sr_1-xM_xCuO₂ (где M Ca, Nd, Pr, Sm), которые могут найти применение в энергетике, различных приборах электронной, измерительной и вычислительной техники в качестве высокотемпературного сверхпро- водящего материала с Т_с ≅ 40 К.

Известен способ получения высокотемпературного сверхпроводника состава Sr_1-xM_xCuO₂ (где M Pr, Nd; 0 ≅ x ≅ 0,15), в котором требуемые количества карбоната стронция SrCO₃ и оксидов CuO и M₂O₃ растворяют в концентрированной азотной кислоте. Полученный осадок выпаривают досуха и прокаливают при 600^оС в течение 4 ч, а затем при 925^оС в течение 12-16 ч. Промежуточный продукт подвергают термобарической обработке при давлении 25 кбар и температуре 1000^оС в течение 30 мин в аппарате типа "Belt" [1] Согласно рентгеновским и магнитным измерениям полученный образец содержит от 6 до 24% сверхпроводящей фазы с температурой перехода в сверхпроводящее состояние Т_с ≅ 34-40 К.

Недостаток способа состоит в необходимости использования в качестве промежуточного продукта нитратов, в частности, в применении высокоагрессивного химического соединения концентрированной азотной кислоты.

Известен также способ получения высокотемпературного сверхпроводника состава Sr_1-xM_xCuO₂ (где М Pr, Nd, Sm; 0 ≅ x ≅ ≅ 0,15). Рассчитанные количества карбоната SrCO₃ и оксидов CuO и М₂O₃ смешивают и прокаливают при 980^оС в течение 48 ч. Затем обрабатывают под давлением 30-60 кбар и температуре 900-1300^оС в течение 5-90 мин. В результате синтеза получают сверхпроводник с температурой перехода в сверхпроводящее состояние Т_с ≅ 35-40 К [2]
К недостатку известного способа относится низкий процент ВТСП-фазы полученного материала (от 2,5 до 25%). Небольшой процент ВТСП-фазы в составе материала ведет к увеличению габаритов изделий, выполненных из этого материала, что усложняет аппаратурное оформление при работе в условиях низких температур.

Цель изобретения получение IL-сверхпроводника с максимально возможным содержанием сверхпроводящей фазы.

Цель достигается способом получения высокотемпературного сверхпроводящего материала на основе сложных оксидов стронция, самария и меди, включающим прокаливание исходной шихты и последующую термобарическую обработку, в котором исходную шихту предварительно обрабатывают ультразвуком в жидкой среде, после термобарической обработки проводят дополнительный отжиг при 200-250^оС. Причем исходную шихту могут обрабатывать ультразвуком при частоте 22-23 кГц в течение 15-20 мин. В качестве жидкой среды может быть использован этиловый спирт.

В настоящее время ультразвук широко используют для получения суспензий и эмульсий из различных веществ, отмывки мелких деталей от механических загрязнений, для приготовления объектов при электронно-микроскопических исследованиях, а также для получения трудносмешиваемых композиций в биологии, химии, медицине и минералогии, металловедении и других областях науки.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Рассчитанные количества оксида меди СuO, гидроксида самария и карбоната стронция тщательно перемешивают в ступке. После этого исходную шихту пересыпают в какой-либо сосуд и заливают этиловым спиртом так, чтобы уровень жидкости находился выше поверхности порошка. Затем сосуд с полученной смесью помещают в диспергатор УЗДН-А для обработки ультразвуком в течение 15-20 мин на частоте 22-23 кГц. После обработки сосуд оставляют на воздухе до полного испарения спирта с поверхности порошка. Высушенную досуха смесь порошков прокаливают на воздухе при 925-930^оС в течение 12-16 ч. Полученный таким образом полуфабрикат помещают в пирофиллитовый контейнер с графитовым нагревателем, внутренние стенки которого (для предотвращения загрязнения образца углеродом), экранированы слоем фольги из платины. Контейнер с образцом помещают в блок-матрицу типа "тороид" и подвергают воздействию высокого давления 40-45 кбар и температуры 1000-1100^оС на прессе ДО-137А в течение 15-30 мин. Контроль температуры осуществляют с помощью термопары. Затем нагрев отключают и понижают давление. Образец извлекают из контейнера и отжигают при 200-250^оС в течение 2 ч. Состав полученного образца определяют с помощью рентгеновского, химического анализов. Объемную долю сверхпроводящей фазы и температуру перехода в ВТСП-состояние определяют с помощью катушки индуктивности, калиброванной на частоте 1 кГц.

П р и м е р 1. Смешивают 0,11 г гидроксида самария Sm(OH)₃, 0,70 г карбоната стронция SrCO₃ и 0,42 г оксида меди CuO. Полученную смесь порошков заливают 20 г спирта, помещают в диспергатор УЗДН-А и подвергают обработке ультразвуком в течение 15 мин на частоте 22 кГц. Затем смесь высушивают на воздухе в течение 3-5 ч до полного испарения спирта и прокаливают на воздухе при 925^оС в течение 16 ч. Полученный полуфабрикат подвергают воздействию давления Р 45 кбар и температуры Т 1050^оС в течение 30 мин на прессе ДО-137А, используя ячейку высокого давления типа "тороид". Материал извлекают из контейнера и отжигают на воздухе в течение 2 ч при 200^оС. Согласно данным рентгенофазового анализа полученный образец представляет собой сверхпроводник состава Sr_0,90Sm_0,10CuO₂. По данным измерения магнитной восприимчивости доля ВТСП-фазы для него составляет 55% а температура перехода в сверхпроводящее состояние Т_с 42 К.

П р и м е р 2. Смешивают 0,17 г Sm(OH)₃, 0,70 г SrCO₃ и 0,45 г CuO. Полученную смесь порошков заливают 20 г спирта и подвергают обработке ультразвуком в течение 20 мин на частоте 23 кГц. Затем смесь высушивают досуха в течение 3-5 ч и прокаливают при 930^оС 12 ч. Полученный полуфабрикат подвергают воздействию высокого давления 40 кбар и температуры 1100^оС в течение 30 мин на прессе ДО-137А. Материал извлекают из контейнера и отжигают на воздухе в течение 2 ч при 250^оС. Согласно данным рентгенофазового анализа полученный образец представляет собой сверхпроводник состава Sr_0,85Sm_0,15CuO₂. По данным измерения магнитной восприимчивости доля ВТСП-фазы для него составляет 50% а температура перехода в сверхпроводящее состояние Т_с 40 К.

Таким образом, изобретение позволяет получать сверхпроводник состава Sr_1-xSm_xCuO₂ (0 ≅ х ≅ 0,15) с содержанием сверхпроводящей фазы 50-55%

Использование: для получения так называемых бесконечнослоевых (Jnfinite - Lauer) JL=соединений состава Sr_1 - x M_x CuO₂ (где M-Ca, Na, Pr, Sm), которые могут найти применение в энергетике, различных приборах электронной, измерительной и вычислительной техники в качестве высокотемпературного сверхпроводящего материала с T_c ≅ 40 К. Способ включает прокаливание исходной шихты и последующую термобарическую обработку, при этом исходную шихту предварительно обрабатывают ультразвуком в жидкой среде, а после термобарической обработки проводят дополнительный отжиг при 200-250^oС, кроме того исходную шихту обрабатывают ультразвуком при частоте 22-23 кГц в течение 15-20 мин. В качестве жидкой среды может быть использован этиловый спирт. Изобретение позволяет получать высокотемпературный сверхпроводящий материал состава Sr_1 - xM_xCiO₂ (0 ≅ x≅ 0,15) с содержанием сверхпроводящей фазы 50-55% 2 з. п. ф-лы.

1. Способ получения высокотемпературного сверхпроводящего материала на основе сложных оксидов, включающий прокаливание исходной шихты и последующую термическую обработку, отличающийся тем, что исходную шихту предварительно обрабатывают ультразвуком в жидкой среде, затем после термобарической обработки проводят дополнительный отжиг при 200 250^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходную шихту обрабатывают ультразвуком при частоте 22 23 кГц в течение 15 20 мин. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкой среды используют этиловый спирт.