YBCO超导体的制备及研究现状

YBCO超导体的制备及研究现状

摘要：本文简述了YBCO 高温超导体的基本性能，探讨了YBCO 高温超导体的传统制备方法以及目前较为新型的制备方法，根据YBCO 高温超导体材料的基本性能研究了其在磁体和电力方面的广泛应用，同时还对YBCO 高温超导体材料的发展前景进行了简单介绍。

关键词：超导体；制备方法；研究现状；

The Preparation Methods and Research of YBCO

Dong Mei

Abstract：The text introduced the basic characteristics of YBCO, and explored its traditional preparation methods and some newer ones at present.According to its basic characteristics, we reasearched the magnetic and electric application of YBCO. Meanwhile, we gave a simpleintroduction to its prospects for development.

Key words:superconductor；preparation methods；research；

引言：超导现象是在19世纪最早出现的[1]，随着科学家的不断研究与探索，高温超导体在各个领域里的应用越来越受到人们的重视，对其超导性、制备方法以及应用前景的研究，已经成为科学家们关注的问题之一。现以钇系中的YBCO 高温超导体为一个典型的代表，对YBCO高温超导体的性能、制备方法、应用及发展前景进行研究，从而对高温超导材料有一个更加全面的了解与认识，以此促进高温超导材料在今后的研究，使其在各个领域得到更加广泛的发展与应用。

1YBCO高温超导体的简介及性能研究

超导材料是指具有超导性的材料，该材料在室温下是有电阻的良好导体，但随温度的

（超导体从具有一定电阻的正常态转变为电阻下降，其电阻降低，当温度达到临界温度T

C

为零的超导态时所对应的临界温度[2]）以下，它们的电阻会突然消失。YBCO高温超导体属于属于氧化物超导体的一种，根据磁化测试的结果，其属于第二类超导体。

YBCO高温超导体除具有传统超导体的基本性能（完全导电性（零电阻）、完全抗磁性、

介于10～40K之约瑟夫森效应）外，还具有很高临界温度（90K以上，而一般的超导体T

C

间），同时YBCO超导体的晶体结构大于属于畸变的层状钙钛矿结构，具有陶瓷性，且该化合物中的大多数的金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所替代，而不明显或仍然具有超导性。

2YBCO高温超导体的制备方法研究

自高温超导氧化物发现以来，人们采用多种不同的工艺来制备高临界电流密度的超导体,。对于YBCO高温超导体的制备方法也是越来越多了，下面将列举一些常见的传统制备方法和一些较为新型的制备方法。

2．1烧结法

选用氧化物或碳酸盐为原材料，首先将各种原材料要纯、细，配料时严格按照

YBa

2Cu

3

O

7

(简称123相)配比，然后研磨使得原料均匀混合，将材料预合成单一均匀的123

相合成料，再次将粉末研磨3～4小时，通过压制将样品压制成紧密结构，最后将有压制好的样品放入瓷坩埚中，并放入炉内烧结。烧结工艺是制备YBCO超导陶瓷的最关键步骤，

由于YBa

2Cu

3

O

7

较难烧结，在高温下不一致熔融，呈现分解熔融，当温度升高到1000O C左右

时，有部分液相产生。一般为了提高难烧结物质的烧结性，往往加入少量的烧结助剂，但这种方式，会使得超导陶瓷的特性变差，所以有必要改善粉末体的特性和选择适当的烧结制度。实际烧结时要得到纯粹的Y123相是不容易的，即存在组成的不均匀性。在这种情况下，为得到异相析出尽量少的Y123烧结体，有效的方法之一是降低烧结温度[3]。另外烧结条件下的氧分，升降温制度也是非常重要的方面。研究结果表明，为得到具有良好超导性的烧结体，必须在适当的氧压分气氛下从高温缓慢冷却，在500～600O C保温且维持该氧气氛。

2.2共沉淀法

利用以硝酸钇、硝酸钡和硝酸铜为反应原料溶于水中，而后加入草酸作为沉淀剂，获得相应的草酸盐共沉淀产物，经过滤分离后，将沉淀物在800～900O C加热分解和固态反应

可得到组成均匀的YBa

2Cu

3

O

7

多晶体粉体。在粉末预烧结过程中,在850O C烧结，即能完成

123相转变，在915O C能得到杂相含量非常少123的单相粉。采用共沉淀法获得的粉末具有含杂质少、颗粒细、组成均匀、无第二相分布的YBCO块状多晶的优点，共沉淀粉烧结样品晶粒边界附近约有2～5nm厚的富铜、贫氧和贫钇层，这一非化学计量层和样品中的疏孔、裂纹等构成了样品的弱连接区 ,并导致低临界电流密度[4]。但是共沉淀法存在的问题是投入料的组成与共沉淀物的组成间有偏离，而偏离相的组成较大时，最后的成分中可能出现不同的相，这些相将直接影响YBCO材料的特性。

2.3熔融法

1987贝尔实验室采用熔融冷却工艺得到了块体超导陶瓷材料（YBa

2Cu

3

O

7

）[5]，其临界

电流密度已达到7800A/cm2 (77K,0T)，甚至77K,1T时，临界电流密度仍大于1000 A/cm2，这被认为是由于无弱连接且晶界极其洁净的缘故。

熔融法实验方法是首先在红外、X光分析基础上制备高品质的Y123的超导体粉和

Y 2BaCuO

4

(Y211)粉体，掺与10%的Wt Ag

2

O以及不同比例的Y211相粉末后，在880O C烧结

24h,再压块成形，经920O C X 24h+970O C X 24h烧结后，富40%mol的Y211的样品，体密度达到5.4g/cm3左右；最后在具有一定温度梯度的管式炉中，进行熔融慢冷生长，慢冷速度为1O C/h，样品两侧的温度为1.5O C/cm，这样就可以获得YBCO超导材料。此方法中Y123以籽晶（Sm123）为中心向四周生长出较大尺寸的晶粒，这样一来，不仅能控制晶粒生长方向，而且还能减小大角度晶界的产生[6]。由于这类晶体的尺寸较大，在退场时冻结磁通能力很强，对永久磁体可产生较大的吸引力，主要用于磁悬浮力中。

2.4定向凝固法

目前制备 YBCO块材的熔化工艺虽然有多种, 但其实质都是在高温下211固相与富钡铜的液相通过包晶反应定向凝固成片层排列的YBCO。利用定向凝固技术制备 YBCO可使材料显微结构按择优生长方向规整排列, 获得定向组织[7]。

采用固相反应法，首先将Y

2O

3

,BaCO

3

和CuO三种粉末按原子比 1：2：3的比例混合、