一种在超导块材单轴模压成型过程中减小摩擦力的方法

摘要

本发明涉及一种在超导块材单轴模压成型过程中减小摩擦力的方法，该方法包括使用直径35～70mm、高80～100mm的圆柱形模具，在装料之前，先在模具内侧壁上涂覆一层脱模剂，然后把80～300g超导粉体装入该模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力为20～45T。该方法通过在单轴模压的模具中先形成一层润滑膜，再进行单轴模压，以减小模压过程中超导前驱物块体与模具之间的摩擦力，抑制在最终成型的超导块体中产生裂纹。

说明书

技术领域

本发明涉及利用单轴模压装置成型高温超导块材时减小摩擦力的一种方法。

背景材料

自从1986年发现高温超导电性以来，在世界范围内掀起了高温超导研究热潮。到目前为止，对高温超导的材料领域和强电弱电应用领域都进行了广泛细致的研究。对于高温超导块材来说，有两个基本的特性即超导磁悬浮力和俘获磁场。块材的磁浮特性可以用于制作超导无接触输运系统，磁浮轴承，飞轮储能系统等。基于高俘获磁通的特性，可以制作高温超导磁体，超导电机等。因此，制备高性能的超导材料是关键。利用熔融织构生长技术可以制备大尺寸高性能的超导块材，但是要想获得实用的超导材料，必须进一步提高高温超导块材的临界电流密度和单畴尺寸以及块材的机械强度。为此，采用结合顶部籽晶技术的熔融织构生长工艺制备大尺寸高性能的单畴超导块材成为近年来超导块材研究的热点。

然而，对于大尺寸(直径大于30mm)的超导样品，前驱物成型是超导块材制备过程中的一个重要环节。通常采用的成型方式为单轴模压与/或冷等静压。当采用粒度较细的粉体用单轴模压成型时，在压制好的前驱物块体中，容易形成微裂纹，这种缺陷在烧结后仍旧保留在块体中，严重影响了超导块体的机械、电学和磁学性能。因此，研究超导前驱物粉体的成型工艺至关重要。目前，对于直径大于30mm的超导块材，单轴模压后前驱物块体产生较多的裂纹，而且密度较小，所以一般采用冷等静压方式成型。但即使采用冷等静压技术，也首先要用单轴模压装置对超导粉体进行预成型，因此，如何避免单轴模压后前驱物块体中的的裂纹就至关重要。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出一种在超导前驱粉体进行单轴模压成型之前，对模具的内壁进行润滑的方法，以减小模压过程中超导前驱物块体与模具之间的摩擦力，抑制在最终成型的超导块体中产生裂纹。

为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：

一种在超导块材单轴模压成型过程中减小摩擦力的方法，该方法包括使用直径35～70mm、高80～100mm的圆柱形模具，在装料之前，先在模具内侧壁上涂覆一层脱模剂，该脱模剂选自三乙醇胺、丙二醇或有机硅油；然后把80～300g超导粉体装入该模具中；再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力为20～45T。

如上所述的方法，其中，该脱模剂的用量优选为0.5～2.5mg/cm²。

如上所述的方法，该方法包括使用直径35mm、高80mm的圆柱形模具，在装料之前，先用约100mg三乙醇胺涂覆模具内侧壁以形成一层润滑膜，然后把80g超导粉体装入该模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力为20～25T。

如上所述的方法，该方法包括使用直径57mm、高80mm的圆柱形模具，在装料之前，先用约160mg三乙醇胺涂覆模具内侧壁以形成一层润滑膜，然后把200g超导粉体装入该模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力为30～35T。

如上所述的方法，该方法包括使用直径70mm、高100mm的圆柱形模具，在装料之前，先用约200mg三乙醇胺涂覆模具内侧壁以形成一层润滑膜，然后把300g超导粉体装入该模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力为40～45T。

如上所述的方法，该方法包括使用直径57mm，高80mm的圆柱形模具，在装料之前，先用约300mg三乙醇胺涂覆模具内侧壁以形成一层润滑膜，然后把200g超导粉体装入该模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力为30～35T。

如上所述的方法，该方法包括使用直径70mm，高100mm的圆柱形模具，在装料之前，先用约450mg三乙醇胺涂覆模具内侧壁以形成一层润滑膜，然后把300g超导粉体装入该模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力为40～45T。

本发明的有益效果在于，该方法通过在单轴模压的模具中先形成一层润滑膜，然后把超导粉体装入模具中，再进行单轴模压，以减小模压过程中超导前驱物块体与模具之间的摩擦力，抑制在最终成型的超导块体中产生裂纹。在本发明中，在模具内侧壁涂覆一层脱模剂，其目的是在模具和模件间形成一层惰性且具有润滑作用的涂层，使模件能够方便地从模具中脱出。为此，本发明在脱模剂的选择上，综合考虑摩擦副的运动情况、材料表面粗糙度、工作环境和工作条件，以及脱模剂的性能等多种因素。一方面要避免脱模剂对超导粉体产生影响，能在600℃以下即可挥发且不与超导粉体发生反应；另一方面，要求脱模剂在模具内表面易于形成均匀的薄层(成膜性好)，且能防止金属表面氧化。试验结果表明，对模具进行润滑有利于对超导块体的成型，尤其在压制大尺寸的超导块体时效果更显著。

具体实施方式

实施例1

将RE211(稀土钡铜氧RE₂BaCuO₅)粉体按40mol％的比例加入到RE123(稀土钡铜氧REBa₂Cu₃O₇)粉体中，并混入0.2wt％Pt，经高速振摆球磨混合均匀，称量80g上述超导粉体；使用直径35mm，高80mm的圆柱形模具，在装料之前，先用脱脂棉蘸取三乙醇胺擦拭模具内侧壁以形成一层润滑膜，每个模具中三乙醇胺的用量约100mg，然后把超导粉体装入相应的模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，采用20T、25T、30T三种压力分别压制成三个块体样品。

对成型后的超导块体进行观察，发现在上述三种成型压力下，只有施加30T压力的超导块体，在底部有轻微的裂纹出现，其他两种压力均能使超导块体正常成型。

实施例2

将RE211(稀土钡铜氧RE₂BaCuO₅)粉体按40mol％的比例加入到RE123(稀土钡铜氧REBa₂Cu₃O₇)粉体中，并混入0.2wt％Pt，经高速振摆球磨混合均匀，称量200g上述超导粉体；使用直径57mm，高80mm的圆柱形模具，在装料之前，先用脱脂棉蘸取三乙醇胺擦拭模具内侧壁以形成一层润滑膜，每个模具中三乙醇胺的用量约160mg，然后把超导粉体装入相应的模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，采用30T、35T、40T三种压力分别压制成三个块体样品。

对成型后的超导块体进行观察，发现在上述三种成型压力下，只有施加40T压力的超导块体，在底部有轻微的裂纹出现，其他两种压力均能使超导块体正常成型。

实施例3

将RE211(稀土钡铜氧RE₂BaCuO₅)粉体按40mol％的比例加入到RE123(稀土钡铜氧REBa₂Cu₃O₇)粉体中，并混入0.2wt％Pt，经高速振摆球磨混合均匀，称量300g上述超导粉体；使用直径70mm，高100mm的圆柱形模具，在装料之前，先用脱脂棉蘸取三乙醇胺擦拭模具内侧壁以形成一层润滑膜，每个模具中三乙醇胺的用量约200mg，然后把超导粉体装入相应的模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，采用40T、45T、50T三种压力分别压制成三个块体样品。

对成型后的超导块体进行观察，发现在上述三种成型压力下，只有施加50T压力的超导块体，在底部有轻微的裂纹出现，其他两种压力均能使超导块体正常成型。

实施例4

将RE211(稀土钡铜氧RE₂BaCuO₅)粉体按40mol％的比例加入到RE123(稀土钡铜氧REBa₂Cu₃O₇)粉体中，并混入0.2wt％Pt，经高速振摆球磨混合均匀，称量200g上述超导粉体；使用直径57mm，高80mm的圆柱形模具，在装料之前，先用脱脂棉蘸取三乙醇胺擦拭模具内侧壁以形成一层润滑膜，每个模具中三乙醇胺的用量约300mg，然后把超导粉体装入相应的模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，采用30T、35T、40T三种压力分别压制成三个块体样品。

对成型后的超导块体进行观察，发现在上述三种成型压力下，只有施加40T压力的超导块体，在底部有轻微的裂纹出现，其他两种压力均能使超导块体正常成型。

实施例5

将RE211(稀土钡铜氧RE₂BaCuO₅)粉体按40mol％的比例加入到RE123(稀土钡铜氧REBa₂Cu₃O₇)粉体中，并混入0.2wt％Pt，经高速振摆球磨混合均匀，称量300g上述超导粉体；使用直径70mm，高100mm的圆柱形模具，在装料之前，先用脱脂棉蘸取三乙醇胺擦拭模具内侧壁以形成一层润滑膜，每个模具中三乙醇胺的用量约450mg，然后把超导粉体装入相应的模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，采用40T、45T、50T三种压力分别压制成三个块体样品。

对成型后的超导块体进行观察，发现在上述三种成型压力下，只有施加50T压力的超导块体，在底部有轻微的裂纹出现，其他两种压力均能使超导块体正常成型。

对比例1

将RE211(稀土钡铜氧RE₂BaCuO₅)粉体按40mol％的比例加入到RE123(稀土钡铜氧REBa₂Cu₃O₇)粉体中，并混入0.2wt％Pt，经高速振摆球磨混合均匀；使用直径35mm，高80mm的圆柱形模具，用天平称量80g上述超导粉体装入上述模具中，采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，采用10T、15T、20T三种压力分别压制成三个块体样品。

对成型后的超导块体进行观察，发现当成型压力大于15T时，超导块体很容易出现分层现象。

对于上述模具，如果在装料之前，先用脱脂棉蘸取三乙醇胺擦拭模具内侧壁以形成一层润滑膜，每个模具中三乙醇胺的用量约100mg，然后把超导粉体装入相应的模具中，再采用单轴自动加压模压装置进行压制成型，压力分别为20、25、30T。

对成型后的超导块体进行观察，发现在上述三种成型压力下，只有施加30T压力的超导块体，在底部有轻微的裂纹出现，其他两种压力均能使超导块体正常成型。

从以上结果来看，显然对模具进行润滑以后，可以大大减小单轴模压过程中超导块体与模具内壁之间的摩擦力，对超导块体的成型十分有利。尤其在压制大尺寸的超导块体时效果更显著。