ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО КЕРАМИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК C04B35/00 C04B101/00 

Изобретение относится к области получения сверхпроводящих материалов, в частности к шихте для получения сверхпроводящего (СП) керамического материала на основе иттрия, содержащего в своем составе щелочной металл (натрий), и может найти применение в электронной технике, в производстве СП материалов, соленоидов и быстродействующих счетных устройств, в производстве оборудования для медицины, в технике низких температур.

Известна шихта для получения СП керамического материала, содержащая соединения Y₂O₃, BaCO₃, ЕuCO₃ -Cu(OH)₂, NaHCO₃, взятые в стехиометрическом соотношении для получения продукта общей формулы YBa₂NaCu₃O_7-x (x до 0,05). Указанную шихту нагревают при 800 850^oС 24 ч. Далее смесь дробят, прессуют, помещают в платиновую оболочку нагревают при 800 850^oС 24 ч в кислороде. Далее температуру понижают до 750^oС и выдерживают еще 12 ч. Затем температуру понижают до 200^oС и извлекают таблетки. Температура перехода в сверхпроводящее состояние (Т_c) полученного продукта 90 К [Ausloos M. Laurent Ch. et al. Solid St. Commun 1988, v.68, N 6, p.539).

Недостатком указанной шихты является то, что при данном соотношении компонентов требуется длительный отжиг смеси и, следовательно, большие энергозатраты, а также необходимость
проведения процесса в атмосфере кислорода с применением сложного аппаратурного оформления.

Известна также шихта для получения сверхпроводящего материала YBa_2-xNa_xCU₃O_7-y / <=х <=1,3/, включающая Y₂O₃, BaCO₃, CuO, Na₂CO₃, взятые в стехиометрическом соотношении для получения вышеуказанного продукта нагревом компонентов на воздухе 900^oС в течение 12 ч, после чего полученную смесь прессуют в таблетки, выдерживают при 900^oС в кислороде или на воздухе 12 ч и быстро охлаждают. Т_c полученного продукта 90 К/x<0,5/ и 80 К/x≈0,5/[Gupta A. Braum N.F. Physica C, 1988, v.153-155, p.904]
Недостатками указанной шихты является необходимость длительного ее отжига для получения конечного продукта, что связано с большим энергозатратами, и многостадийность процесса.

Наиболее близким техническим решением является шихта для получения сверхпроводящего оксидного керамического материала в режиме горения по заявке РСТ N W088/09311 С 04 В 35/50, 1988 г.

Задачей изобретения является получение целевого продукта в системе Y Ba CuO в режиме самораспространяющегося высоко температурного синтеза (СВС), содержащего в своем составе щелочной металл (натрий) при одновременном упрощении процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в шихте для получения сверхпроводящего керамического материала, содержащего в своем составе оксид иттрия, пероксид бария, медь и компонент, содержащий щелочной металл, в качестве компонента, содержащего щелочной металл, шихта содержит перхлорат или надпероксид натрия.

Компоненты берутся при следующем их соотношении, мас.

оксид иттрия 17,84 23,42
пероксид бария 21,07 48,16
медь 30,13 39,54
перхлорат или надпероксид натрия 3,87 20,57
Компоненты шихты (порошки оксида иттрия, пероксида бария, меди и перхлората или надпероксида натрия) тщательно перемешивают в планетарной мельнице до полной гомогенизации смеси. Полученную смесь прессуют в таблетки с помощью пресс-формы с усилием 32 кг/см₂.

Прессованную таблетку помещают на негорючую подставку и при помощи кратковременной подачи напряжения на нихромовую спираль инициируют процесс горения на воздухе. Процесс протекает с устойчивым фронтом горения в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). После окончания горения (≈ 1 мин) продукт охлаждают на воздухе (≈ 10 мин). Полученный состав представляет собой СП в системе Y Ba Cu Na O с T_c 85 93 К. Синтез целевого материала проходит по схеме:
0,5Y₂O₃+(2 x)BaO₂+xNaO₂(NaClO₄)+3Cu -> YBa_2-x Na_xCu₃O_7-y
Кислородсодержащее соединение натрия помимо источника щелочного металла служит также и источником кислорода в процессе синтеза. Использование указанных компонентов в шихте позволяет отказаться от применения в процессе синтезас газообразного кислорода, а проводить процесс на воздухе с использованием только внутриреакционного кислорода. За счет дефицита по барию в структуре конечного продукта создаются вакансии, которые замещаются натрием.

Для обеспечения высокой чистоты целевого продукта предпочтительно использование материалов высокой чистоты "осч", "хч", "чда".

Пример1. Готовят шихту в количестве 30 г, состоящую из порошка оксида иттрия (5,34 г -17,84 мас.), пероксида бария (14,46 г 48,16 мас.), перхлората натрия (1,17 г 3,87 мас.), порошка меди ПМС-1 (9,03 г 30,13 мас.). Компоненты исходной шихты рассчитаны на получение сверхпроводящего оксидного материала состава YВа_1,8Na_0,2Cu₃O_7-y. Шихту прессуют в пресс-форме с усилием 32 кг/см² в таблетки и путем кратковременной подачи напряжения на нихромовую спираль инициируют процесс горения на воздухе. Процесс протекает с устойчивым фронтом горения в режиме СВС. После окончания горения (до 1 мин) продукт охлаждают на воздухе (≈ 10 мин). Полученный состав имеет Т_c 90К.

Другие примеры заявляемого решения представлены в таблице с указанием состава шихты и формулы целевого материала.

По примерам изобретения Т_c:
1-Т_c 90К, 2 Т_c 93К, Т 3 Т_c 88 К, 4 Т_c 90К.

Таким образом, использование компонентов шихты в предложенных соотношениях позволяет получать СП в системе Y Ba -Cu -O и упростить их получение за счет проведения процесса в режиме СВС на воздухе без применения газообразного кислорода и дополнительного аппаратурного обеспечения.

Использование: изобретение относится к области получения высокотемпературных сверхпроводящих материалов и позволяет получать целевой продукт в системе Y-Ba-Cu-O в режиме СВС при одновременном упрощении процесса. Сущность изобретения: шихта для получения сверхпроводящего керамического материала содержит порошки оксида иттрия 17,84-23,42 мас.%, пероксида бария 21,07-48,16 мас. %, меди 30,13-39,54 мас. % и перхлорат или надпероксид натрия 3,87-20,57 мас.%. 1 табл.

Шихта для получения сверхпроводящего керамического материала в режиме горения, содержащая порошки оксида иттрия, пероксида бария и меди, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит перхлорат или надпероксид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.

Оксид иттрия 17,84 23,42
Пероксид бария 21,07 38,16
Медь 30,13 39,54
Перхлорат или надпероксид натрия 3,87 20,57