高溫超導(dǎo)陶瓷yba2cu3o9-x體系的研制

高溫超導(dǎo)陶瓷yba2cu3o9-x體系的研制

1實(shí)驗(yàn)過程1.1樣品的制備1.1.1yba2cu3o3的、yba2cu3o3o3o3o3o3的5+10gyba2cu3o3o3o3o3o3o3o3o3的合成所用原料為y2o3（質(zhì)量比為99.99%），ba（no3）2（質(zhì)量比為99.50%）和cu（質(zhì)量比為99.00%）。樣品的金屬元素摩爾比為r（y）r（ba）r（cu）1.23，通過方程式3ciuu和0.5y2o3（no3）ba（no3）2yba2cu3o6。5、4和4no20.計(jì)算，可以得到10克ybalcu3的材料。對(duì)于質(zhì)量比為99.99%的y2o3，質(zhì)量比為99.50%的ba（no3）為7.981g，質(zhì)量比為99.00%的cui為3.662。然后用1-1的電格分析，精確稱取所需原材料，將其放入干樣品中，壓成直徑為12mm的薄圓柱形，厚度約1.3mm，壓6.104。n、壓2分鐘，然后放入樣品。1.1.2銅氧體系的配方采用的原料是Tl2O3,BaO,CaO及CuO.鉈鋇鈣銅氧體系的配料和壓片與釔鋇銅氧體系的過程差不多,只不過其配料摩爾比為r(Tl)∶r(Ba)∶r(Ca)∶r(Cu)=1∶1∶1∶3或1∶1∶1∶2,加壓為3×104～4×104?N.1.2預(yù)燃燒和燃燒1.2.1添加溫度和景觀溫度后的整理將壓成的YBa2Cu3Ox樣品放入馬弗爐中預(yù)燒,采用分段加熱,大約每隔15min升一次溫度,在580℃(未加室溫)左右保溫1h,預(yù)燒溫度為600～900℃,然后關(guān)閉電源,隨爐冷卻.發(fā)現(xiàn)樣品呈黑色,表面呈現(xiàn)綠色,質(zhì)軟疏松,呈超導(dǎo)性的樣品室溫電阻大約為2.2kΩ左右.將上面預(yù)燒的樣品重新研磨、壓片、燒結(jié),燒結(jié)溫度為910℃,保溫6h后關(guān)閉電源,讓樣品在爐中自然冷卻至室溫,所得樣品呈油黑色,常溫電阻為0.7Ω,抗磁性明顯增強(qiáng),樣品的致密度大大提高.1.2.2空氣中退火的樣品將摩爾比為r(Tl)∶r(Ba)∶r(Ca)∶r(Cu)=1∶1∶1∶3的樣品放入馬弗爐進(jìn)行分段升溫,預(yù)燒溫度在790℃左右(加上室溫)保溫5h后,自然冷卻至室溫.對(duì)預(yù)燒的TlBaCaCu3Oy樣品進(jìn)行淬火實(shí)驗(yàn),從爐中取出兩個(gè)樣品,一個(gè)置于空氣中淬火,另一個(gè)在冰水中冷卻,結(jié)果發(fā)現(xiàn):a.冰水中淬火樣品.外觀顏色較黑較結(jié)實(shí),接觸空氣的一面略發(fā)白,靠襯底一面有棕色物出現(xiàn),室溫電阻一面是6kΩ(底面),另一面約為50kΩ.b.空氣中淬火樣品.外觀較冰水中淬火樣品稍淺較致密,面上略灰白,底部的棕色物較冰水中淬火樣品少,顏色也淺.其電阻一面為600Ω(底面),另一面約為幾百Ω.多次按r(Tl)∶r(Ba)∶r(Ca)∶r(Cu)=1∶1∶1∶3配料,預(yù)燒溫度在790～800℃之間(加上室溫),結(jié)果室溫電阻差別不大.最后摸索到按r(Tl)∶r(Ba)∶r(Ca)∶r(Cu)=1∶1∶1∶2配料,預(yù)燒溫度在830℃左右保溫4h,關(guān)閉電源,讓樣品隨爐自然冷卻.燒出的樣品零電阻溫度為116.5K,抗磁性也比較好.2測(cè)量結(jié)果2.1樣品的結(jié)構(gòu)特征2.1.1相對(duì)強(qiáng)度經(jīng)X射線衍射分析,YBa2Cu3O9-x樣品屬鈣鈦礦結(jié)構(gòu),其X衍射結(jié)果如圖1所示.圖中I′為相對(duì)強(qiáng)度;θ為衍射角.X射線衍射分析表明,按r(Y)∶r(Ba)∶r(Cu)=1∶2∶3的樣品基本上是單相的,它具有簡(jiǎn)單正交結(jié)構(gòu).根據(jù)衍射數(shù)據(jù)計(jì)算出正交單胞的晶格常數(shù),正常態(tài)下(室溫)為:a=0.3821nm,b=0.3898nm,c=1.1695nm,其數(shù)據(jù)與理論值符合很好.2.1.2正常態(tài)下溫室經(jīng)X射線衍射分析,TlBaCaCu2Oy超導(dǎo)材料具有四方結(jié)構(gòu).根據(jù)衍射數(shù)據(jù)計(jì)算出四方單胞的晶格常數(shù),正常態(tài)下(室溫)為:a=b=0.3847nm,c=3.598nm,與理論值a=b=0.3847nm,c=3.582nm非常接近.2.2yba2cu3o9-x與tlbacacu22的電性能曲線采用四引線法測(cè)量超導(dǎo)樣品的電阻,這樣可以減少引線電阻和接觸電阻對(duì)測(cè)量值的影響(原因是低溫實(shí)驗(yàn)引線又細(xì)又長(zhǎng),而樣品本身電阻可以比前者小得多).對(duì)YBa2Cu3O9-x樣品,測(cè)得其電性能曲線如圖2所示,其零電阻轉(zhuǎn)變溫度為98K.對(duì)TlBaCaCu2O2樣品,測(cè)得其電性能曲線如圖3所示,其零電阻轉(zhuǎn)變溫度為116.5K.2.3樣品的穩(wěn)定性測(cè)試YBa2Cu3O9-x樣品在98K附近出現(xiàn)明顯的抗磁性,其單相性較好,所以樣品可多次測(cè)試,其結(jié)果有重復(fù)性,其磁性能曲線如圖4所示.TlBaCaCu2O2樣品抗磁性比較好,在116K附近出現(xiàn)明顯的抗磁性,其磁性能曲線如圖5所示.2.4金屬元素配比YBa2Cu3O9-x樣品的掃描電鏡照片(如圖6所示)表明該樣品的粒度均勻,因而使其超導(dǎo)相的連通性和致密性好,確定了該樣品有高達(dá)98K的零電阻溫度.用掃描電鏡的能譜分析得到樣品的金屬元素配比近似為r(Y)∶r(Ba)∶r(Cu)≈1∶2∶3,這與燒結(jié)前的化學(xué)配比符合很好.2.5高溫超導(dǎo)體系的研制.通過對(duì)YBa2Cu3O9-x