對(duì)超導(dǎo)材料來(lái)說(shuō),制造工藝是不盡相同的。工藝方法不同,所得的Tc也不相同。因本章只能做部分介紹,供參考。
超導(dǎo)陶瓷的制備與一般陶瓷制造工藝相似。如原料的制備與處理、成型和燒成等。就要通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行不斷地探索。有時(shí)也需要采取一些特殊的工藝措施。
對(duì)原料的選擇,有的采用高純度的原料,如分析純、光譜純。有的如同一般電子陶瓷化學(xué)純等,視其具體情況而定。
在工藝上,預(yù)燒處理、成型方法以及燒結(jié)程度對(duì)超導(dǎo)陶瓷有很大的影響。
氧化物超導(dǎo)陶瓷的制備方法普遍采用固態(tài)反應(yīng)法。即將組成粉料按配比混合壓塊,置于鉑金或氧化鋁坩堝中,放在電爐中(在大氣氣氛下)進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)溫度為900~960℃,時(shí)間至少為4h,一般為自然冷卻。為使材料均勻,可進(jìn)行粉碎,重新壓塊,進(jìn)行第二次甚至第三次燒結(jié)。
也有的分兩步合成。如Y2O3-BaO-CuO三元系統(tǒng)中,先對(duì)BaCO3和Y2O3按4:1(mol)進(jìn)行配料合成。然后將Ba4Y2O7和CuO按1:5(mol)進(jìn)行合成Ba2YCu3O7-x。實(shí)驗(yàn)表明,這樣有利于反應(yīng)和控制,且重復(fù)性好,具有獲得高純單相超導(dǎo)材料的工藝可能性。
成型可在一般壓機(jī)上進(jìn)行,也可采用等靜壓成型。當(dāng)然成型方法不同會(huì)影響致密性。
燒結(jié)則對(duì)超導(dǎo)陶瓷的性能影響很大。燒結(jié)溫度過(guò)低,反應(yīng)不完全;過(guò)高又會(huì)出現(xiàn)相分解。
燒結(jié)時(shí)間不是越長(zhǎng)越好,過(guò)長(zhǎng)(如超過(guò)30h)則出現(xiàn)宏觀相分凝現(xiàn)象,不同部位呈現(xiàn)不同須色。
例如,黑色區(qū)域是BaCuO2,灰黑色區(qū)域是Ba2YCu3O7-x,而綠色區(qū)域則是BaY2CuO5,只有Ba2YCu3O7-x,才有高溫超導(dǎo)性。
燒結(jié)時(shí)的氧分壓是很重要的控制參數(shù),氧分壓過(guò)低或過(guò)高都不利,都會(huì)導(dǎo)致四方相出現(xiàn)。
因此,在燒結(jié)時(shí)是否通氧,要根據(jù)實(shí)際而定。如果爐中的空氣流通性好,不必通氧氣;反之,應(yīng)在通氧氣情況下燒結(jié)。
降溫速度也是重要的控制參數(shù),一般低溫淬火和高溫淬火都會(huì)使超導(dǎo)性破壞。對(duì)于慢降溫,則可以充分完成四方到正交的轉(zhuǎn)變,得到高零電阻溫度的超導(dǎo)體。
下面就Bi-Sr-Ca-Cu-O系統(tǒng)的高溫超導(dǎo)陶瓷的制造工藝方法進(jìn)行介紹。
該系統(tǒng)采用化學(xué)純以上的Bi2O3、SrCO3、CaCO3和CuO作原料。按Bi:Sr:Ca:Cu=1:1:1:2的比例進(jìn)行配料。加無(wú)水乙醇在球磨筒內(nèi)進(jìn)行濕磨混料,干燥后壓成大塊進(jìn)行預(yù)合成。預(yù)合成分兩次進(jìn)行:第一次在800℃/12h下進(jìn)行;第二次在820℃/12h下進(jìn)行。合成塊料經(jīng)粉碎、粉磨之后,加PVD粘結(jié)劑進(jìn)行造粒,壓成Φ28的圓片,放在Al2O3坩堝中,在860℃/12h的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。一般材料的燒結(jié)溫度范圍較窄,因此在燒成時(shí)要予以注意。材料的燒成溫度不同,其性能也不相同.
不僅如此,冷卻的條件不同對(duì)超導(dǎo)性能的影響也很大。
Bi- Sr -Ca- Cu-O系統(tǒng)有兩個(gè)商溫超導(dǎo)相并存,相對(duì)來(lái)說(shuō),較高溫度的超導(dǎo)相是亞穩(wěn)相。需較為合適的熱處理過(guò)程來(lái)穩(wěn)定它,同時(shí)抑制較低溫度超導(dǎo)相的生長(zhǎng)和存在。