СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК H01L39/12 H01L39/24 

Изобретение относится к области получения сверхпроводящих материалов, в частности к способам получения изделий из высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП), и может быть использовано для создания различного рода датчиков и счетчиков в сверхбыстродействующих ЭВМ, крио электронных приборах, детекторов СВЧ и др.

Известно формованное изделие, содержащее смесь органического полимерного материала и порошкообразного сверхпроводящего материала керамического типа [1] В качестве органического полимерного материала формованное изделие содержит термопластичный или сшитый полимер, а в качестве порошкообразного сверхпроводящего материала керамического типа материал оксидного типа. Содержание порошкообразного сверхпроводящего материала в формованном изделии составляет 50 об. предпочтительно 60 об. Формованное изделие дополнительно может содержать электропроводный порошкообразный или волокнистый материал, предпочтительно металл. Недостатком известного формованного изделия является недостаточно высокая химическая стойкость полимерной матрицы, что приводит к ухудшению физических параметров формованного изделия.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату способ, включающий смешивание порошка ВТСП состава YBa₂Cu₃O_7-δ и силиконового каучука, помещение в пресс-форму, прессование под давлением 13,8 МПа в течение 24 ч при комнатной температуре. Приготовленная композиция содержит 1 69,9 об. порошка ВТСП и имеет пористость 6 24,2 об. Исходный порошок ВТСП имел средний размер частиц 8 мкм. При температуре жидкого азота магнитная восприимчивость приготовленных образцов достигала 0,50 -0,55 отн. ед. [2]
Недостатком способа-прототипа является сравнительно высокая пористость получаемого материала и длительность процесса его получения.

Целью изобретения является снижение пористости при сохранении магнитной восприимчивости (не менее 0,55 отн.ед.).

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем смешивание порошка ВТСП с полимерным материалом и прессование, согласно изобретению, в качестве полимерного материала берут порошок поливинилхлорида (ПВХ) в количестве 10 25% от массы получаемой композиции, в качестве высокотемпературного сверхпроводящего материала порошок формулы (Pb_xBi _1-x )₂Ca₂Sr₂Cu₃O_y, а прессование ведут под давлением 105 180 МПа при температуре 433 453K в течение 5 30 мин.

Для осуществления способа брали порошок смолы ПВХ марки С-7059 М и порошок ВТСП формулы (Pb_xBi_1-x )₂Ca₂Sr₂Cu₃O _y с размером частиц 1 5 мкм, полученный из порошков PbO, Bi₂O₃, CaCO₃,SrCO₃, CuO класса "ОСЧ". После диспергирования и гомогенизации в шаровой агатовой мельнице шихта подвергалась термообработке при 1073 К в течение 16 ч, а затем прессовалась в цилиндрические заготовки диаметром 10 мм и толщиной 1 2 мм под давлением 3000 МПа. Твердофазный синтез проводился при температуре 1118 K в воздушной атмосфере в течение 324 ч. Полученную керамику измельчали до размера частиц 1 5 мкм. Для приготовления образцов полимерного композиционного материала ВТСП смешивали в необходимых соотношениях порошки ПВХ и ВТСП. Равномерное распределение компонентов достигали прибавлением в смесь этилового спирта до полного смачивания смеси. Полученную суспезию перемешивали при комнатной температуре до испарения спирта. Образцы для исследования изготавливали методом горячего прессования. Прессование смеси осуществляли в пресс-форме с регулируемым нагревом на установке, позволяющей многократно автоматически воспроизводить температурно-временной режим нагрева, выдержку пресс-формы при заданной температуре и охлаждении. После прессования определяли пористость, магнитную восприимчивость и рассчитывали модуль Юнга по результатам ультразвуковых измерений. Пористость рассчитывали по формуле:

где ρ_каж кажущаяся плотность;
ρ_ист истинная плотность образцов.

Кажущуюся плотность определяли как соотношение массы к объему образца. Истинную плотность исходя из значений плотностей исходных компонентов, аудитивности масс и объемов получаемой композиции. Скорость поглощения ультразвука определяли с помощью автодинной методики на частоте 1 кГц. Измерялась мнимая часть поверхностного импеданса ВТСП образцов, которая прямо пропорциональна магнитной восприимчивости.

Далее изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.

Пример 1.

16 г порошка ВТСП формулы (Pb _x Bi_1-x)₂Ca₂Sr₂Cu₃O_y и 4 г порошка ПВХ после прибавления этилового спирта до полного смачивания смеси перемешивали при комнатной температуре до испарения спирта. Затем приготовленную смесь загружали в пресс-форму, нагревали до температуры 443 K и прессовали под давлением 130 МПа в течение 20 мин. Пористость полученного образца составляла 0,47 об. магнитная восприимчивость при 78 K 0,57 отн.ед. Модуль упругости E 1,13•10¹⁰ Па.

В примерах 2 17 поступали аналогично примеру 1, изменяя параметры заявляемого способа. Результаты приведены в таблице.

По способу-прототипу были получены образцы ВТСП-материала, в которых в качестве связующего брали силиконовый каучук.

Пример 18 (прототип).

Для доказательства достижения поставленной цели в примере 18 таблицы приведены данные по магнитной восприимчивости и пористости для лучшего образца прототипа, взятые из текста описания прототипа.

Таким образом, заявляемый способ позволяет изготавливать изделия из ВТСП, имеющие пониженную пористость при сохранении магнитной восприимчивости и хорошие показатели механических свойств.

Использование: для создания различного рода датчиков и счетчиков в сверхбыстродействующих ЭВМ, криоэлектронных приборах, детекторов СВЧ и др. Сущность изобретения: способ включает смешивание порошка высокотемпературного сверхпроводящего материала и прессование. Новым является то, что в качестве полимерного материала берут порошок поливинилхлорида в количестве 10 - 25% от массы получаемой композиции, в качестве высокотемпературного сверхпроводящего материала - порошок формулы (Pb_xBi_1-x)₂Ca₂Sr₂Cu₃O_y, а прессование ведут под давлением 105 - 180 МПа при температуре 433 - 453 K в течение 5 - 30 мин. 1 табл.

Способ получения изделий из высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающий смешивание порошка высокотемпературного сверхпроводящего материала и полимера с последующим прессованием, отличающийся тем, что, с целью снижения пористости изделия при сохранении магнитной восприимчивости, в качестве полимера используют порошок поливинилхлорида в количестве 10 25% от массы композиции, в качестве высокотемпературного сверхпроводящего материала порошок формулы (Pb_xBi_1 - x)₂Ca₂Sr₂Cu₃ O₇, а прессование ведут при температуре 433 453 К и давлении 105 - 180 МПа в течение 5 30 мин.