铜氧化物超导体成材的科学技术之一,块材

 新闻资讯     |      2020-06-28 02:52

在块状的氧化物超导体中,怎样来克服晶界弱连接和产生钉扎中心呢?1988年出现的称为熔融织构工艺(MTG)和在此基础上改进的骤冷-熔融生长法(QMG),以及熔融-粉末-熔融生长法(MPMG)。图2-20指出MPMG法的过程并指出这一过程中每一步中的产物。MPMG法是基于经211相为钉扎中心考虑的, 该法制备的YBCO块材的Jc大大提高, 在77K,零场下Jc=1.2×105A/cm2, 在77K, 1T下Jc=3.1×104A/cm2。这结果达到使用要求,但实用成材问题尚待解决。

上述这些方法的本质是从熔化或部分熔化的状态中进行定向凝固的过程。工艺的基础是这些复杂氧化物的多元相图。复杂氧化物相图研究是材料科学中比较困难的一个基础性领域,对于像高Tc铜氧化物这类实质上是亚稳态的系统困难就更多了。熔融织构工艺便是基于钇系123相在高温(1000-1100℃)下的包晶反应,

这时123相分解为富铜的液相和固态的211相(Y2BaCuO5), 然后在缓慢降温中123相成核生长。因为品体生长具有的a-b方向择优生长的趋势, 慢冷下会出现织构区域, 但不同织构区域之间还可能出现大角度的间界, 而且间界中还可能出现BaCuO-CuO的相, 这是对提高Tc还是不利的。

如果采用有一定温度梯度的生长或样品在对于一定温度梯度做缓慢运动中生长,便有可能生长出织构更好的样品。这些样品基本上可以分做一块块尺度大到1-10毫米的取向畴区, 在畴区中是一系列几乎相互平行的晶粒, 取向畴区之间的间界平均来讲是一些大角度的间界。

实践表明在取向畴内部,确实可在很大程度上克服间界的弱连接,跨过区畴边界时,Jc有所下降, 但绝不是变成约瑟夫逊电流了, 具体电流输运机理和畴间间界的关系, 还得继续探讨。用熔融工艺制备的钇系123相样品的Jc与磁场关系表明, 它确实在很大程度上克服了间界的弱连接。(图2-21)

图2-22是区域熔炼装置图。根据YBCO体系相关系的特点,为了使YBCO熔体在凝固时按择优取向生长, 并有足够的时间完成包晶反应, 该装置有:加热温区窄;固液相交界面温度梯度大(∽50℃/cm);样品运动的速度足够慢(~1mm/h)等特点,可制备出高密度、取向好、性能优的YBCO超导体。见图2-22。