区域熔炼法制备高JcNd123超导体

第２８卷第３期　低　温　与　超　导　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．３　Ａｕｇ．２０００　２０００年８月　ＣＲＹＯＧＥＮＩＣＳ　ＡＮＤ　ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ　区域熔炼法制备高Ｊｃ　Ｎｄ１２３超导体　墨望　大学　金　１ｏｏ。６］　丁Ｍ　Ｚ￣１Ｎａ　Ｂａ—Ｃｕ　Ｏ　超导体以其良好的Ｊｃ～　特性倍受人们注目。文中用区域熔炼技术在空　气下制备出取向良好的Ｎｄ　Ｂａ　ｃｕｓＯ，块材，采用纯氩下高温退火的办法抑制固溶体的形成，得　到了零电阻温度９４Ｋ、临界电流密度达５４００Ａ／ｃｍ　的超导体。讨论了进一步提高　的可能逾径是　减少液相的流失并使Ｎｄ．Ｂａ　Ｃｕ　Ｏ相均匀分布。　１　引言　关键词：Ｎｄ－＋。Ｂａｚ—ｘｃｕ　ｑ超导体　！兰生　ｉ　ｊ　ａ　起％‘冬　凑　在高温超导致密块材实用化过程中，如何用最简单的工艺获得最大临界电流密度的　样品是人们最为关注的问题。从制备工艺上来说，自１９８８年Ｓ．ＪｉｎＩｔ３等首先用空气下熔融　织构生长（ＭＴＧ）工艺成功得到高　的ＹＢＣＯ以来，ＭＴＧ法得到了最为广泛的应用和　发展；在制备Ｎｄ…Ｂａ　一　Ｃｕ　０　（Ｎｄ１２３）超导体的过程中，为了抑制固溶体的形成，　Ｍｕｒａｋａｍｉ等首先发展了ＭＴＧ工艺，提出控氧熔融生长（ＯＣＭＧ）法【　，以上工艺是目前　研究者制备Ｎｄｌ２３超导体用的最多的方法；对块状超导样品来说，其临界电流密度主要　由两部分决定。。］：晶粒内临界电流密度　种方法来提高　及输运临界电流密度　，其中　主要取决于　体系的本性及钉扎效应，而　则主要取决于弱连接。因而对于一个确定的体系通常有两　：一种是通过各种方法（如掺杂、辐射、热处理等）在材料内形成有效的钉　扎中心；一种是控制材料的微观结构，改善其弱连接，提高材料的织构度，使晶粒ｃ轴垂直　传输电流方向择优排列　本文采用区域熔炼（ｚＭ）工艺可使晶粒定向生长，大量对ＹＢＣＯ　的研究“　表明，ＺＭ法可以非常有效的改善ｄｃ；本文同时采用额外添加一定量　Ｎｄ　Ｂａ　Ｃｕ。Ｏ　（Ｎｄ￣２２）相的办法以引进磁通钉扎中心，实验将在空气下用ＺＭ法得到的　取向良好的Ｎｄｌ２３块材，经适当的后处理工艺得到　ｃ达５４００Ａ／ｅｒａ　（７８Ｋ，０Ｔ）的超导块　材。　２实验　先驱母料Ｎｄ１２３和Ｎｄ４２２用普通固态烧结法和备　将分析纯Ｎｄ：Ｏ　、Ｂａｃｏ　和ＣｕＯ　分别按上述两种物质的原子配比精确称量，研磨混匀，在９５０　Ｃ下烧结１２ｈ以分解碳酸　盐，再研磨、压片，在９５０℃下烧结１２ｈ以使固相反应充分进行，研磨，如此重复三次最终　经筛分得到粒度１　５Ｏ目的粉末。将得到的先驱母料按Ｎｄ４２２含量２４　称量，混匀然后压　片，将压成的片在１０００℃的环境下固化１Ｏｈ，空冷后进行区域熔炼，区熔炉高温区的温度　是１０９８℃。将区熔得到的样品在９４０　Ｃ纯氢气下退火２０ｈ，然后在３００℃下吸氧ｌＯＯｈ。　这里需要特别指出的是为了使Ｎｄ１２３在凝固时择优取向并有足够的时间进行包晶　反应，区熔装置应满足以下条件　ａ）温度梯度大、加热温区窄、温度波动小．ｂ）传动装置运　．本文于ｚｏｏｏ年４‘月５日收到。　维普资讯 http://www.cqvip.com

低温与超导　２０００年第３期　行平稳、速度适宜（约６ｒａｍ／ｈ）　本实验采用ＤＷＴ－－７２０温度控制仪，控温精度１℃；用微　●■　■■　图１　区域熔炼炉体及其温场分布　电机带动减速装置传动。炉体示意及炉温分布情况如图１所示　Ｘ射线衍射实验在日本产Ｄ／ｍａｘ－－ｒＡ转靶ｃｕ—Ｋａ衍射仪上进行　临界转变温度　７　用标准四　ｆ线法确定，临界电流密度　用修正的各向异性毕恩模型　求得　３结果与讨论　图２为区域熔炼样品的ｘ—　融　ｒａｙ衍射图。由图可见样品主要由　卜Ｎｄ１２３　Ｎｄ１２３和Ｎｄ４２２两相组成，仅有　极少量的未知杂相存在。定量的　分析表明：该样品经过区域熔炼以　后，其Ｎｄ４２２相的含量为３７．　ｌ　４４　，比最初的加入量ｚ４　有较　大幅度的增加。这是由于区熔过　：吐Ｉ　Ｌ　程当中有一部分液相流失造成的，　０　ｌＤ　２Ｄ　３Ｄ　ｔＤ　∞　帅　１Ｄ　８Ｄ　根据Ｎｄｌ２３的包晶反应方程式：　衍射角（度）　ＮｄＢａ２Ｃｕ５Ｏ，一Ｎｄ‘Ｂａ２Ｃｕ２Ｏｌ。　图２区域熔炼ＮｄＢａＣｕＯ的Ｘ－－ｒａｙ图　＋６ＢａＣｕＯ　２＋４Ｃｕ０　（ＢａｃｕＯ　和ＣｕＯ构成液相）　可知，液相的流失必然意味着Ｎｄ４２２相的增多。至于Ｎｄ４２２相对Ｎｄ１２３超导体性能的影　响已有较多的报道　ｌ　６＿。Ｎｄ４２２加入所带来的缺陷（如位错、堆垛等）可以作为钉扎中心以　改善样品的　］，这也是我们最初加入一定量Ｎｄ４２２相的目的。　标准四引线法测得样品的临界起始转变温度Ｔｃ（ｏｎｓｅｔ）为９６Ｋ，零电阻温度ｎ。为　９４Ｋ，可见样品的临界转变温度很高，转变宽度只有２Ｋ。众所周知，决定Ｎｄｌ２３扎’高低的　最为重要的因素便是Ｎｄ　Ｂａ取代量，即Ｎｄ　一　Ｂａ　…ＣｕＯ　中Ｘ的大小，Ｘ增大会使Ｔｃ下　降，因而人们一般在织构的同时采用低氧分压以减小ｘ，从而提高７　本文的结果说明：　先在空气下区域熔炼样品，然后再进行纯氩下的高温退火，同样可以得到理想的效果，雨　这种工艺不用控制氧气氛，使得操作更为简单　用标准四引线法测量Ｊｃ时，样品通她２４Ａ的电流仍超导，由于直流恒流源容量的限　制，我们改用磁测量，并根据毕恩模型算出如值　求得样品的临界电流密度　ｃ为５４００Ａ／　维普资讯 http://www.cqvip.com

总第１０１期　司平占等：区域熔炼法制备高Ｊｃ　Ｎｄｌ２３超导体　７］　ｃｍ　（７８Ｋ。０Ｔ）。这里需要特别指出的是，作者相信ｌ，ｆ还有进一步提高的潜力。因为由　ＳＥＭ观察可知，样品中的Ｎｄ４２Ｚ颗粒较大而且分布不均匀，这可能会使ｌ，ｃ下降｝除此之　外，３７．４４　的最终Ｎｄ４２２含量比起ＹＢｃＯ２Ｏ　的最佳Ｙ２１１不但大不少，而且液相流失　本身也会破坏织构的完整性，从而引起　的降低　４结论　（１）在空气下用区域熔炼技术制备出零电阻温度９４Ｋ，转变宽度２Ｋ，临界电流密度达　５４００Ａ／ｃｍ　（７８Ｋ，０Ｔ）的超导块材，证明用该技术制备Ｎｄ１２３是可行和有效的。　（２）与ＯＣＭＧ法相比，先在空气下区域熔炼样品，然后再进行纯氩下的高温退火，同样　可以得到理想的效果，而这种工艺不用控制氧气氛，使得操作更为简单。　（３）进一步提高临界电流密度的可能途径是使Ｎｄ　Ｂａ　Ｃｕ　ｚＯ．。相均匀分布，降低液相流　失以减低ＺＭ样品的最终Ｎｄ４２２相含量。　参考文献　［１］Ｊｉｎ　Ｓ，Ｔｉｅｆｅｌ　Ｔ　Ｈ　ｅｔ　ａｌ，Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９８８；５２：２０７４　Ｅ２３　Ｍｕｒａｋａｍｉ　Ｍ，Ｙｏｏ　Ｓ　Ｉ，Ｈｉｇｕｃｈｌ　Ｔ　ｅｔ　ａ１．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ］．Ｐｈｙｓ．１９９４；３３：Ｌ７１５　［３］Ｓｈｉｏｈａｒａ　Ｙ．Ｅｎｄｏ　Ａ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．，１９９７；１９：１－－８６　［４］樊占国、冀春霖等．低温物理学报，１　９９２；１４：１０３　［５３　Ｈａｒｉ　Ｂａｂｕ　Ｎ　ｅｔ　ａ１．，Ｐｈｙｓｉｃａ　Ｃ，１９９８￣３０６：８２－－９０　［６３　Ｈｕ　Ａ　Ｍ　ｅｔ　ａｌ，Ｐｈｙｓｌｅａ　Ｃ，１９９７；２８８：１３６—１４０　［７３　Ｐｕｉｇ　Ｔ　ｅｔ　ａ１．Ｐｈｙｓｉｃａ　Ｃ，１９９８；３０８｛１１５－－１２２　［８３　Ｇｙｏｒｇｙ　Ｅ　Ｍ，Ｖａｎ　Ｄｏｖｅｒ　Ｒ　Ｂ．Ｊａｃｋｓｏｎ　Ｋ　Ａ　ｅｔ　ａ１．Ａｐｐ］、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ．．１９８９；５５：２８３　Ｚｏｎｅ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｔｃ　ａｎｄ　Ｌａｒｇｅ　Ｊｃ　Ｎｄ１２３　Ｓｕｐｅｒｃ０ｎｄｕｃｔ０ｒｓ　ｉｎ　Ａｉｒ　ｓｉ　Ｐｉｎｇｚｈａｎ．Ｆａｎ　Ｚｈａｎｇｕｏ　（Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ，１　１０００６）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｎｄ１＋　Ｂａ２　Ｃｕ　３０，ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｈｉｇｈ　ｉｒｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｈｉｇｈ　Ｔｃ　Ｎｄｌ＋　Ｂａ　Ｃｕ３Ｏ，ｓｕｐｅｒｃ０ｎｄｕｃｔ０ｒｓ（Ｔｃ０—９４Ｋ）ｗｉｔｈ　ｓｈａｒｐ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｗｉｄｔｈ（２Ｋ）ｂｙ　Ｚｏｎｅ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ａｉｒ．Ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｘｔｕｒｅｄ　ｓａｍｐｌｅ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　５４００Ａ／ｃｍ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ｂｅａｎ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ａｔｔｒｉｂｕｔａｂｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｎｅｌｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ　Ｎｄ４２２　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎ　Ｎｄ１２３　ｍａｔｒｉｘ　ｗｈｉｃｈ　ｍｉｇｈｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ａ　ｓｔｒｏｎｇ　ｆｌｕｘ　ｐｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｓｔ－－ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｏｕｒ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｌｓｏ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ａｎ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｊｃ　ｍｉｇｈｔ　ｂｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｂｙ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｌｏｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｎｄ４２２　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ．　ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＮｄＩ＋　Ｂａ２一　Ｃｕ３０ｙ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｚｏｎｅ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　作者简介：司平占，１９７２年ｌ１月出生。１９９５年毕业于包头钢铁学院，毕业后　留校任教　现在东北大学攻读研究生，主要从事高温超导材料的研究工作