Способ получения сверхпроводящего материала в режиме горения

Способ получения сверхпроводящего материала в режиме горения, включающий приготовление исходной смеси из порошков оксида иттрия или оксида редкоземельного металла, пероксида бария и меди и инициирования процесса, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса получения однородного по содержанию кислорода целевого материала, в смесь дополнительно вводят окислитель, в качестве которого используют перхлорат аммония щелочного или щелочноземельного металла, или пентаксид иода, или их смеси в количестве, обеспечивающем содержание кислорода в целевом продукте 7+ атомных единиц, при этом окислитель предварительно смешивают с оксидом иттрия или редкоземельного металла.

Изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП) в режиме горения, в частности LnBa₂Cu₃O₇- , где Ln-S, Sc либо один из редкоземельных металлов (РЗМ). Полученные ВТСП могут быть использованы как исходные материалы для изготовления систем и приборов электрической и радиоэлектрической промышленности, работающих в условиях жидкого азота.
Целью изобретения является упрощение способа получения однородного по содержанию кислорода целевого материала.
Цель достигается тем, что способ получения сверхпроводящего материала включает приготовление смеси из порошков исходных компонентов: оксида иттрия, одного из оксидов редкоземельного металла, пероксида бария, меди и окислителя, в качестве окислителя используют перхлорат аммония щелочного, щелочноземельного металла, пентаксид иода или их смеси, в количестве, обеспечивающем содержание кислорода в целевом продукте 7 + атомных единиц.
Получение сверхпроводящего материала 7 + d в режиме горения осуществляют по реакциям:
1/2 Ln₂O₃+2BaO₂+3Cu+J₂O₅->LnBa₂Cu₃O₇+ +J₂
1/2 Ln₂O₃+2BaO₂+3Cu+Me(ClO₄)_x->LnBa₂Cu₃O₇+ +MeCl_x
где Me(ClO₄)_x KClO₄; NaClO₄; LiClO₄; Mg(ClO₄)₂; Ca(ClO₄)₂; Ba(ClO₄)₂;
Sr(ClO₄)₂.
Исходную смесь готовят смешиванием порошка окислителя, оксида иттрия или оксида РЗМ, пероксида бария и меди, при этом полученную смесь формуют при относительной плотности _отн. 0,5 0,92, помещают в СВС-реактор и локально инициируют волну самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Реакция СВС-синтеза реализуется при 890 1120^oC в зависимости от параметров синтеза. После остывания целевого материала его извлекают и проводят измерения сверхпроводящих характеристик по стандартным методикам. Измерение однородности содержания кислорода проводят на приборе "Анализатор кислорода и азота" АКА-Х/1314. Анализатор предназначен для определения кислорода и азота в металлах, сплавах и соединениях. Сущность метода заключается в экстракции газов из образца методом восстановительного плавления в графитовом тигле в атмосфере инертного газа с последующим разделением и детектированием на хроматографе ХЛ-69 или ЛХМ-8МД. Выделение кислорода из металлов или соединений при плавлении образца в графитовом тигле носит характер восстановления оксидов.
[MeO]+[C]-->Me+CO.
Предел обнаружения кислорода 4 10^-4 масс% Масса анализируемой пробы 0,20 0,004 г. Методика позволяет раздельно анализировать адсорбционные газы. Пробы берутся с поверхности и из внутренних областей изделия, степень однородности определяется отношением минимальной концентрации кислорода и максимальной
K С_мин/С_макс,
Используемые в качестве окислителя перхлораты аммония щелочных металлов (KClO₄, NaClO₄), перхлораты щелочноземельных металлов (Ba(ClO₄)₂; Ca(ClO₄)₂; Sr(ClO₄)₂; Mg(ClO₄)₂ и пентаксид иода (J₂O₅); а также их смеси являются внутренними источниками кислорода, равномерно распределенными в массе исходных компонентов. Это не требует проведения процесса в атмосфере и не представляет жестких требований к исходной пористости смеси компонентов. Использование перхлоратов щелочных и щелочноземельных металлов не приводит к загрязнению целевого материала, т. к. хлориды щелочных и щелочноземельных металлов в условиях синтеза не образуют смешанных соединений с целевым материалом.
Образующиеся хлориды при температуре синтеза имеют значительное давление паров. Кроме того, содержащийся в исходном пористом материале газ расширяется в 4 раза и выходит из брикета, унося с собой пары хлоридов. Наличие хлоридов в порах материалов определяется методом анализа на хлор-ион по стандартной методике.
Количество окислителя определяется необходимостью обеспечения содержания кислорода в целевом продукте, равном 7 + атомных единиц (см. уравнение реакции). Избыток окислителя сверх указанного количества не влияет на сверхпроводящие характеристики целевого материала, однако приводит к избыточному содержанию хлоридов металлов в целевом материале и требует их удаления, что усложняет процесс.
Из всех окислителей предпочтительным является пентаксид иода, т.к. он в своем составе содержит большее количество кислорода по сравнению с перхлоратами металлов и легко возгоняется в процессе синтеза.
Сущность способа подтверждается примерами.
Пример. Готовят исходную смесь из порошков перхлората бария и оксида иттрия, пероксида бария и меди при соотношении исходных компонентов, моль: Ba(ClO₄)₂ 1; Y₂O₃ 0,5; BaO₂ 2; Cu - 3. Полученную смесь помещают в реактор СВС и локально инициируют волну горения. После окончания реакции синтеза и остывания целевой материал извлекают, определяют его сверхпроводящие характеристики и однородность содержания кислорода. Температура начала перехода T_н 100 K, критическая температура T_с 98 K. Однородность по содержанию кислорода K 0,93. Состав полученного продукта YBa₂Cu₃O_7,4.
Другие примеры реализации способа представлены в таблице с указанием состава исходной смеси компонентов и качества целевого материала.
Как следует из представленных данных, заявленный способ позволяет повысить степень однородности целевого материала по содержанию кислорода с 0,86 до 0,941, использовать твердый источник кислорода, что не требует использования газообразного кислорода и предварительного нагрева. Способ отличается высокой производительностью и возможностью регулирования пористости целевого материала.
Изобретение относится к получению сверхпроводящего материала в режиме горения и позволяет упростить процесс получения однородного по содержанию кислорода целевого материала. Сущность изобретения: предварительно смешивают окислитель с оксидом иттрия или редкоземельного металла, затем добавляют в нее пероксид бария и порошок меди, размещают приготовленную смесь в реакторе и инициируют горение, при этом в качестве окислителя используют перхлорат аммония, щелочного или щелочноземельного металла, пентаксид иода или их смеси в количестве, обеспечивающем содержание кислорода в целевом продукте 7 + единиц. Изобретение позволяет повысить степень продукта по содержанию кислорода до 0,89 - 0,94, упростить процесс за счет использования твердого источника кислорода, способ не требует газообразного кислорода и предварительного нагрева. 1 табл.