ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ КЕРАМИКА Российский патент 1997 года по МПК H01L39/12 

Изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводящих материалов, используемых при изготовлении приборов на сверхпроводниках.

Известна высокотемпературная сверхпроводящая керамика, включающая ( мас. ): YO 17,15; ВаО 46,43; СuO 36,42; (см. D.W. Murphy et al. Processing tech niques for the 93 K superconductor YBa Cu O, Science, 1988. vol. 241, рр. 922-930).

Она характеризуется температурой перехода (Т_с) в сверхпроводящее состояние 90 93 К с шириной перехода (ΔT_c) 5 К. При этом влагостойкость его может быть обеспечена только специальными мерами защиты.

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности признаков (прототип) является высокотемпературная сверхпроводящая керамика, включающая ( мас.): YO 17,13; BaO 46,39; CuO 36,38; ZrO 0,1; (Takequki Suzuki et al. Jorn. of Mat. Sr. Lett. 1989, N 8, pp. 19-20).

Хотя температура перехода в сверхпроводящее состояние такой керамики несколько возросла Т_с 93 95 К с шириной перехода Т_с 4 5 К, влагостойкость керамики существенно не изменилась. Это обстоятельство требует применения трудоемких и материалоемких специальных мер защиты изделий из такой керамики.

Изобретение направлено на получение влагостойкой высокотемпературной сверхпроводящей керамики, повышение температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

Задача решается тем, что высокотемпературная сверхпроводящая керамика, полученная из окиси иттрия, окиси бария, окиси меди и окиси циркония, указанные компоненты содержит при следующем соотношении ( мас.):
Y₂O₃ 16,63 16,80
BaO 45,04 45,51
CuO 35,33 35,69
ZrO₂ 2,00 3,00
и является влагостойкой. Керамика имеет температуру перехода в сверхпроводящее состояние 104 107 К.

Новым в керамике является соотношение компонентов, в частности содержание ZrO₂ в диапазоне от 2,0 до 3,0 мас. при котором керамика имеет температуру перехода 104 107 К и влагостойкость.

Сравнительный анализ предлагаемого изобретения с известными из уровня техники показывает, что заявляемое соотношение компонентов не известно. Таким образом, признаки, заявляемые в качестве отличительных, являются новыми для обеспечения поставленной задачи.

Из известного уровня техники также явным образом не следует для специалиста, что именно такое соотношение компонентов обуславливает достижение технического результата. Известно из литературных источников, что ни отсутствие в керамике ZrO₂, ни превосходящие количества его от заявляемого диапазона не решают задачу изобретения.

Сущность изобретения иллюстрируется примером исследования свойств полученной высокотемпературной сверхпроводящей керамики.

Пример. Для получения высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) керамики используют стандартную "керамическую" технологию.

Определение температуры (Т_с) и ширины перехода (ΔT_c) в сверхпроводящее состояние полученных образцов проводят по кривым температурной зависимости магнитной восприимчивости и электросопротивления.

Влагостойкость полученных образцов керамики исследуют путем погружения их в дистиллированную воду при 373 К на определенное время, после чего образцы высушивают в печи при 398 К. Далее проводят измерение Т_с и Δ Т_с вышеуказанными методами.

Результаты испытаний образцов ВТСП керамики приведены на фиг. 1: а - измерение температуры перехода керамики YBaCuZrO в сверхпроводящее состояние от погружения в воду; б после высушивания.

Как следует из приведенных графиков, керамика заявляемого состава характеризуется Т_с порядка на 107 К шириной перехода порядка 2 К D Т_с как до, так и после кипячения (фиг. 1). На фиг. 2 приведена относительная температурная зависимость электросопротивления для образцов с содержанием ZrO₂ 2,5 мас. (а), температурная зависимость магнитной восприимчивости для того же образца (б). Из представленных графиков видно, что полученная керамика обладает сверхпроводящими свойствами при температурах ниже 107 К с шириной перехода 2 К, что подтверждается как занулением электросопротивления образца, так и изменением магнитной восприимчивости (эффект Мейснера). На фиг. 3 приводится зависимость изменения температуры перехода в сверхпроводящее состояние керамики YBaCuZrO от времени. Каждая точка была получена измерениями температуры перехода керамики до и после цикла кипячения в воде и сушки при 393 К. Из приведенного графика видно, что в течение первых трех месяцев испытаний Т_с уменьшается резко с 107 до 97 К, затем с трех до шести месяцев с 97 до 93 К и далее, до 27 месяцев изменяется до 92 К. Через 2,5 г после получения образцы утратили сверхпроводящие свойства выше 77 К, причем произошла резкая деградация образцов.

За пределами заявляемого диапазона содержание ZrO₂ в композиции влагостойкость, Т_с и D Т_с керамики значительно ниже.

Таким образом, заявляемая композиция позволяет получить ВТСП керамику, обладающую Т_с на 13 14 K выше в сравнении со свойствами керамики, известной из уровня техники (прототипа), показатели которой равны: T_c 93 K и Т_с 1 K.

Высокая влагостойкость полученной керамики позволит получить изделия из ВТСП без изменения существующей технологии и без дополнительных затрат на защитные покрытия.

Использование: получение высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Сущность изобретения: высокотемпературная сверхпроводящая керамика содержит окись иттрия 16,63 - 16,80 мас.%, окись бария 45,04 - 45,51 мас.%, окись меди 35,33 - 35,69 мас.% и окись циркония 2,00 - 3,00 мас.%. 3 ил.

Высокотемпературная сверхпроводящая керамика, содержащая окись иттрия, окись бария, окись меди и окись циркония, отличающаяся тем, что указанные компоненты она содержит при следующем соотношении, мас.

YO 16,63 16,80
BaO 45,04 45,51
CuO 35,33 35,69
ZrO 2 3у