对超导材料来说,制造工艺是不尽相同的。工艺方法不同,所得的Tc也不相同。因本章只能做部分介绍,供参考。
超导陶瓷的制备与一般陶瓷制造工艺相似。如原料的制备与处理、成型和烧成等。就要通过实践进行不断地探索。有时也需要采取一些特殊的工艺措施。
对原料的选择,有的采用高纯度的原料,如分析纯、光谱纯。有的如同一般电子陶瓷化学纯等,视其具体情况而定。
在工艺上,预烧处理、成型方法以及烧结程度对超导陶瓷有很大的影响。
氧化物超导陶瓷的制备方法普遍采用固态反应法。即将组成粉料按配比混合压块,置于铂金或氧化铝坩埚中,放在电炉中(在大气气氛下)进行烧结,烧结温度为900~960℃,时间至少为4h,一般为自然冷却。为使材料均匀,可进行粉碎,重新压块,进行第二次甚至第三次烧结。
也有的分两步合成。如Y2O3-BaO-CuO三元系统中,先对BaCO3和Y2O3按4:1(mol)进行配料合成。然后将Ba4Y2O7和CuO按1:5(mol)进行合成Ba2YCu3O7-x。实验表明,这样有利于反应和控制,且重复性好,具有获得高纯单相超导材料的工艺可能性。
成型可在一般压机上进行,也可采用等静压成型。当然成型方法不同会影响致密性。
烧结则对超导陶瓷的性能影响很大。烧结温度过低,反应不完全;过高又会出现相分解。
烧结时间不是越长越好,过长(如超过30h)则出现宏观相分凝现象,不同部位呈现不同须色。
例如,黑色区域是BaCuO2,灰黑色区域是Ba2YCu3O7-x,而绿色区域则是BaY2CuO5,只有Ba2YCu3O7-x,才有高温超导性。
烧结时的氧分压是很重要的控制参数,氧分压过低或过高都不利,都会导致四方相出现。
因此,在烧结时是否通氧,要根据实际而定。如果炉中的空气流通性好,不必通氧气;反之,应在通氧气情况下烧结。
降温速度也是重要的控制参数,一般低温淬火和高温淬火都会使超导性破坏。对于慢降温,则可以充分完成四方到正交的转变,得到高零电阻温度的超导体。
下面就Bi-Sr-Ca-Cu-O系统的高温超导陶瓷的制造工艺方法进行介绍。
该系统采用化学纯以上的Bi2O3、SrCO3、CaCO3和CuO作原料。按Bi:Sr:Ca:Cu=1:1:1:2的比例进行配料。加无水乙醇在球磨筒内进行湿磨混料,干燥后压成大块进行预合成。预合成分两次进行:第一次在800℃/12h下进行;第二次在820℃/12h下进行。合成块料经粉碎、粉磨之后,加PVD粘结剂进行造粒,压成Φ28的圆片,放在Al2O3坩埚中,在860℃/12h的温度下进行烧结。一般材料的烧结温度范围较窄,因此在烧成时要予以注意。材料的烧成温度不同,其性能也不相同.
不仅如此,冷却的条件不同对超导性能的影响也很大。
Bi- Sr -Ca- Cu-O系统有两个商温超导相并存,相对来说,较高温度的超导相是亚稳相。需较为合适的热处理过程来稳定它,同时抑制较低温度超导相的生长和存在。