钎焊钇钡铜氧超导块材的钎料及使用该钎料的钎焊工艺

摘要

本发明提供了一种钎焊法制备钎焊钇钡铜氧超导块材的钎料、其制备方法以及使用该钎料的钎焊工艺。钎料的成分是以Y-123相和Y-211相为主并添加10％Ag

说明书

技术领域

本发明涉及用于钎焊超导块材的钎料，具体涉及一种用于钎焊单畴钇钡铜氧(YBaCuO)超导块材的钎料及其制备方法，以及使用该钎料进行大尺寸单畴钇钡铜氧(YBaCuO)超导块材钎焊的工艺。

背景技术

YBCO(YBaCuO)超导块材是一种通过包晶反应生成c轴择优取向晶体结构的氧化物陶瓷材料，是一种具有强磁通钉扎和高临界电流密度的非理想第II类超导体。通常是采用顶部籽晶熔融织构生长的方法制备，由于受晶体生长的特点(非常慢，每小时只生长毫米量级甚至更少)的限制，在生产大尺寸及复杂形状YBCO块材时，遇到了很大的困难。钎焊法可以实现高性能小尺寸钇系超导块材的大尺寸化，或用小尺寸高性能的块材制成复杂形状的超导器件，而钎料成分及确保其质量稳定的制备方法是获得高性能钎焊接头的重要影响因素。已有的钎料，如采用熔点比钇系超导体熔点低的TmBCO，虽然其晶体结构与母材的晶体结构很相似，但仍有一定的差别，钎焊后YBCO块材的超导性能受到一定程度的影响(T.A.Prikhna，W.Gawalek，V.E.Moshchil，et al，Joining of melt-texture YBCO using Tm-123 powder as a solder，Physica C 386(2003)221-224)。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于钎焊单畴钇钡铜氧(YBaCuO)超导块材的钎料及其制备方法，以及使用该钎料进行大尺寸单畴钇钡铜氧(YBaCuO)超导块材钎焊的工艺。

为实现上述目的，本发明提供一种用于钇钡铜氧超导块材钎焊的钎料，由以下成分组成：5-10wt％的Ag₂O，0.5-1wt％的CeO₂、PtO₂和/或Pt，5-25wt％的Y₂BaCuO₅，YBa₂Cu₃Ox余量。

上述用于钇钡铜氧超导块材钎焊的钎料，优选由以下成分组成：22wt％的YBa₂Cu₃Ox，67.5wt％的Y₂BaCuO₅，10wt％的Ag₂O，0.5wt％的PtO₂。

另一方面，本发明提供了上述钎料的制备方法，包括如下步骤：

a.以化学合成法制备YBa₂Cu₃O_x和Y₂BaCuO₅粉体；

b.按重量比称量各组分，在混料机中均匀混合；

c.将混合均匀的原料压制成块料，压强为5-10MPa；

d.将该块料于900-910℃进行高温烧结，烧结时间为10-12h。

上述的制备方法，其中，该烧结步骤可包括如下步骤：首先以600-900℃/h的升温速度升温至900-910℃，烧结12h，以20-60℃/h的降温速度降温至600℃，随后以100℃/h的降温速度降至室温。

再一方面，本发明提供使用上述钎料进行钇钡铜氧超导块材钎焊的工艺，包括如下步骤：

a.精确装配钎焊接头，在钎焊炉中实现钎焊连接，钎焊温度为950-980℃，钎料厚度为0.5-1mm；

b.在流动氧气或高压氧气环境，对钎焊接头进行后氧化处理以恢复钇钡铜氧钎焊材料的超导性能，其中，流动氧处理温度为450-470℃，流动氧处理时间为50-200小时；高压氧处理在10-20个大气压下的氧气环境中，氧处理时间为10-50小时。

本发明的有益效果在于，本发明的钎料成分是以Y-123相和Y-211相为主，其化学成分与母材非常相似；同时添加了Ag₂O和CeO₂、PtO₂、Pt等少量微量元素，其作用是使熔点降低了约30-50℃，故在钎料熔点与YBCO母材熔点之间具有钎焊的工艺窗口，并且细化了211相的晶粒尺寸，从而提高块材的超导性能。因此，采用此钎料能够制备传统的顶部籽晶熔融织构生长方法不能制备的大尺寸(不大于70mm)和复杂形状的YBCO超导块材，且不明显降低块材的超导特性，其接头磁悬浮力达到原始母材的70％。本发明钎焊方法能制备超导磁悬浮列车、医疗、军事等方面所需要的大尺寸和复杂形状的YBCO超导器件。

具体实施方式

实施例1钎料的制备

首先，利用化学合成法制备YBa₂Cu₃Ox和Y₂BaCuO₅粉体；按以下组成称量各组分：22wt％的YBa₂Cu₃O_x，67.5wt％的Y₂BaCuO₅，10wt％的Ag₂O，0.5wt％的PtO₂；在混料机中均匀混合；将混合均匀的原料在单轴冷压机上，压强为7MPa的条件下压制成直径为20mm，高度为15mm的块料；将该块料在高温加热炉中进行高温烧结，首先以900℃/h的升温速度升温至900℃，于900℃烧结12h，以60℃/h的降温速度降温至600℃，随后以100℃/h的降温速度降至室温，获得钎料。

该钎料的熔点约为950℃。

实施例2钎焊钇钡铜氧超导块材

使用实施例1制备的钎料对钇钡铜氧超导块材进行钎焊。焊接试样的尺寸为直径18mm的两块半圆试样，厚度为10mm。首先，精确装配钎焊接头，在钎焊炉中实现钎焊连接，钎焊温度为960℃，铅料厚度为1mm；随后，在流动氧气或高压氧气环境，对钎焊接头进行后氧化处理以恢复钇钡铜氧钎焊材料的超导性能，流动氧气处理温度为470℃，流动氧气氧处理时间为100小时；高压氧气氧处理时间为30小时，氧压1.5Mpa。

两个半圆形试样未经钎焊、简单组合后测量磁浮力为3.6N，钎焊处理使之成为完整的一块样品后，测量磁浮力为11.2N。超导磁浮力的测量使用北京有色金属研究总院研制的符合国家标准(GB/T21115-2007)的专用测量设备。