Способ получения сверхпроводящего материала

Способ получения сверхпроводящего материала, включающий смешение соединений скандия, иттрия, редкоземельного металла, меди и щелочноземельный металл и инициирование процесса горения в присутствии окислителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа путем одностадийного получения целевого материала заданного гранулометрического состава, в качестве соединения скандия, иттрия, и/или редкоземельного металла, меди, щелочноземельного металла используют их сульфиды, а в качестве окислителя перхлорат аммония, щелочного, щелочноземельного металла, пентоксид иода или их смесь и процесс горения проводят при давлении 0,005 0,5 МПа.

Изобретение относится к получению высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП), в частности LaBa₂Cu₃O₇, где Ln-Sc, Y и элемент редкоземельной группы, которые могут быть использованы в электронной и электротехнической промышленности для изготовления приборов и систем, работающих при температуре жидкого азота.
В основу настоящего изобретения положена задача разработать способ получения сверхпроводящего материала путем подбора качественного состава шихты и условий, необходимых для осуществления процесса горения, который бы обеспечил одностадийное получение продукта заданного гранулометрического состава.
Задача решается тем, что предлагается способ получения сверхпроводящего материала, включающий смешение соединений скандия, иттрия и/или редкоземельного металла, меди и щелочноземельный металл и инициирование процесса горения в присутствии окислителя, причем в качестве соединения скандия, иттрия и/или редкоземельного металла используют их сульфиды, в а качестве окислителя перхлорат аммония, щелочного, щелочноземельного металла, пентоксид иода или их смесь и процесс горения проводят при давлении 0,005 - 0,5 МПа.
Применение порошков, полученных данным способом, позволяет понизить давление прессования на 30 50% и температуру спекания на 70 110^oC, получить изделие более точной формы с равномерной структурой, уменьшить разориентацию кристаллографических осей и искажения кристаллической решетки на межзеренных границах при получении компактных изделий.
Порошок, состоящий из частиц практически правильной сферической формы, обладает лучшей сыпучестью, меньше агломерирует при хранении.
Готовят исходную смесь компонентов перемешиванием порошков Sc, Y и/или РЗМ, меди (CuS, Cu₂S) и щелочноземельного металла (BaS, CaS) в шаровой мельнице в течение 2 3 часов, затем добавляют в смесь сульфидов порошок окислителя (NH₄ClO₄, NaClO₄, KClO₄, Ba(ClO₄)₂, Ca(ClO₄)₂I₂O₅) или их смесь) и перемешивают 1 час. При этом мольное соотношение сульфидов из расчета на получение целевого продукта состава LnM^I₂^I Cu₃O₇+ ,, где Mⁿ Ba, Ca, Sr или смесь Ba с Ca, а окислителя добавляют в количестве, необходимом для обеспечения содержания кислорода в целевом продукте 7 8 атомных единиц:

Приготовленную смесь сульфидов и окислителя загружают в реактор самораспространяющегося высокомолекулярного синтеза (СВС), инициируют процесс горения в смеси исходных компонентов при давлении 0,005 0,5 МПа. Инициирование процесса горения можно осуществлять любым известным способом: при помощи электрической спирали из вольфрама, молибдена, нихрома или любого другого металла, сплавав или соединения, посредством электрической дуги или искры, используя лазер или другой прибор, способный локально разогреть исходную экзотермическую смесь до температуры, при которой начинается химическая реакция.
После прохождения волны горения (20 30 с) проводят охлаждение реактора с содержимым и извлекают полученный продукт, который представляет собой порошок со сверхпроводящими характеристиками, частицами преимущественно овальной формы и размерами от 0,3 до 60 мкм, в зависимости от давления процесса. Образование продукта целевого материала в виде порошка происходит в волне СВ-синтеза за счет диспергированных продуктов реакции выделяющимися газами. Скорость горения, температура синтеза и дисперсность частиц порошка в значительной степени зависит от начального давления газовой среды в реакторе. При этом частицы порошка имеют форму, близкую к сферической и не имеют острых неоплавленных граней, характерных для механически измельченных материалов. Изменение давления в интервале 0,005 0,5 МПа позволяет получать порошки с дисперсностью от 0,3 мкм до 60 мкм с достаточно узким распределением по размерам частиц.
Верхний предел по давлению существует из-за возникновения агломерации, при которой средний размер агломератов составляет более 300 мкм и продукт требует дальнейшего механического растирания. Нижний пределе по давлению обусловлен прохождением реакции во все более тонком слое и уносом недореагировавшего материала диспергирующими газами. При этом в продукте начинают присутствовать сульфиды и сульфаты.
Вариант осуществления изобретения. Получение YBa₂Cu₃O_7,6.
Готовят исходную смесь из порошков сульфидов иттрия, бария, меди, в которую добавляют перхлорат аммония при соотношении исходных компонентов в молях: сульфид иттрия 0,5, сульфид бария 2, сульфид меди 3, перхлорат аммония 5,25. Полученную смесь помещают в реактор СВС и локально инициируют волну горения. Процесс проводят под давлением 0,5 МПа. После окончания реакции синтеза и остывания целевой материал извлекают, определяют его сверхпроводящие характеристики и гранулометрический состав. Критическая температура T_c 92K, ширина перехода T_c= 2K. Размер частиц целевого материала 30 d 60 мкм. Продукт не требует дополнительного измельчения и может быть непосредственно использован для получения изделия ВТСП.
Другие примеры реализации способа представлены в таблице с указанием состава исходной смеси компонентов, давления газовой среды и качества целевого материала.
Как следует из представленных данных, заявленный способ позволяет получить порошок целевого материала заданного гранулометрического состава без применения измельчения, в одну стадию, использовать конденсированный источник кислорода, то не требует применения газообразного кислорода и предварительного подогрева. Способ отличается высокой производительностью, малой трудоемкостью и более прост.
Сверхпроводниковый материал, полученный по предлагаемому способу, найдет применение для получения сверхпроводящих пленок, покрытий и керамических изделий.
Использование: электронная и электротехническая промышленность. Сущность изобретения: инициируют процесс горения соединений, содержащих компоненты сверхпроводящего материала. Соединениями являются сульфиды. Окислители - перхлорат аммония, щелочного, щелочноземельного металла, пентоксид иода или их смесь. Горение при давлении 0,005 - 0,5 МПа. 1 табл.