一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法

摘要

本发明公开了一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法，该方法通过人工制备获得14：24的AEC相，然后加入到Bi2212粉体中混匀得到混合粉末，采用混合粉末制备得到Bi2212超导材料。本发明将人工制备的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中制备Bi2212超导材料，有效控制了14：24的AEC相在Bi2212粉体中的加入量，从而在Bi2212粉体中定向并定量控制AEC相的含量，促进了Bi2212晶粒生长，使得Bi2212超导材料的临界电流密度显著提高，提高了Bi2212超导材料载流性能，操作简单，成本低，可控性和可操作性强，有利于在Bi2212超导材料中的快速应用。

说明书

技术领域

本发明属于高温超导材料制备领域，具体涉及一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法。

背景技术

国际上报道的高压热处理线材方法以及基于喷雾化学燃烧法制备Bi2212粉体等关键技术的使用虽然都显著提高了Bi2212超导材料的临界电流密度，但是Bi2212超导材料中使用的银基体使其性价比依然居高不下。只有进一步提高Bi2212超导材料的临界电流密度，才能进一步降低Bi2212超导材料的性价比，最终有力推动其在未来大型高场磁体中的应用进程。

已有研究发现Bi2212粉体中偶然生成的少量14：24的AEC相((Sr,Ca)

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法。该方法将人工制备的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中制备Bi2212超导材料，有效控制了14：24的AEC相在Bi2212粉体中的加入量，从而在Bi2212粉体中定向并定量控制AEC相的含量，促进了Bi2212晶粒生长，使得Bi2212超导材料的临界电流密度显著提高，从而提高了Bi2212超导材料载流性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法，其特征在于，该方法通过人工制备获得14：24的AEC相，然后加入到Bi2212粉体中混匀，得到混合粉末，采用混合粉末制备得到Bi2212超导材料；所述Bi2212超导材料包括Bi2212超导薄膜以及Bi2212超导线材，且Bi2212超导薄膜在77K时的临界电流密度高达2189A/cm

不同于目前对Bi2212粉体中自发生成14：24的AEC相的本质机理的研究思路，本发明通过改变材料组分设计思路，采用人工制备14：24的AEC相，并加入到Bi2212粉体中混匀，基于混匀粉末制备得到Bi2212超导材料，有效控制了14：24的AEC相中的组成比例，以及14：24的AEC相在Bi2212粉体中的加入量，从而在Bi2212粉体中定向并定量控制AEC相的含量，有效促进了Bi2212晶粒生长，使得Bi2212超导材料的临界电流密度显著提高，从而提高了Bi2212超导材料载流性能。

上述的一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、通过共沉淀工艺或喷雾热解工艺制备获得14：24的AEC相；

步骤二、将步骤一中获得的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中并搅拌混合均匀，得到混合粉末；

步骤三、以步骤二中得到的混合粉末为原料，按照Bi2212超导材料的常规制备方法，制备得到Bi2212超导材料。

本发明绕开在Bi2212粉体中寻找自发生成14：24的AEC相的传统思路，直接通过共沉淀工艺或喷雾热解工艺人工制备14：24的AEC相，主动控制其精细组分，并能精确控制其加入Bi2212粉体的含量，在设计思路上具有独特性和创新性；通过定向并精确控制AEC相的含量既能保证Bi2212超导材料载流性能的提高，同时优化其性能的稳定性。

本发明步骤三中Bi2212超导材料的常规制备方法为：以步骤二中得到的混合粉末为原料，采用粉末装管法，结合多次组装、集束拉拔工艺，制备得到Bi2212线材，或者以银片为基体材料，结合浆料浸涂法，得到Bi2212薄膜，然后将Bi2212线材或Bi2212薄膜在氧气中进行热处理，结合半熔化热处理工艺，得到Bi2212超导线材和Bi2212超导薄膜。

上述的一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法，其特征在于，步骤一中所述14：24的AEC相的前驱体溶液中按原子比计(Sr+Ca)：Cu＝14：24，且获得的14：24的AEC相中Sr、Ca、Cu的质量比较其设计质量比的误差范围小于3％。通过对前驱体溶液中各元素原子比进行限定，有效保证了14：24的AEC相的获得；基于人工制备方法及检测方法的误差，限定了获得的14：24的AEC相中各元素的质量比的误差范围。

上述的一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法，其特征在于，步骤一中所述共沉淀工艺的具体过程为：配制草酸乙醇溶液，然后分别将SrCO

上述的一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法，其特征在于，步骤一中所述喷雾热解工艺的具体过程为：将SrCO

本发明采用较为成熟的共沉淀工艺或喷雾热解工艺即可制备得到14：24的AEC相，工艺简单，且过程易于控制，有利于得到成分含量精确的14：24的AEC相，有效控制了14：24的AEC相的加入及提高效果。

上述的一种显著提高Bi2212超导材料临界电流密度的方法，其特征在于，步骤二中所述14：24的AEC相的加入质量为Bi2212粉体质量的1％～5％。通过控制14：24的AEC相的加入质量，保证了AEC相对Bi2212晶粒的生长的促进作用，有效提高了Bi2212超导材料载流性能，避免了过多AEC相的加入导致Bi2212超导材料中第二相含量过高影响其载流性能。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过改变材料组分设计思路，直接将人工制备的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中制备Bi2212超导材料，有效控制了14：24的AEC相在Bi2212粉体中的加入量，从而在Bi2212粉体中定向并定量控制AEC相的含量，促进了Bi2212晶粒生长，使得Bi2212超导材料的临界电流密度显著提高，从而提高了Bi2212超导材料载流性能。

2、本发明的操作简单，成本低，可控性和可操作性强，产出投入比高，有利于在Bi2212超导材料中的快速应用，进一步推进了Bi2212超导材料在高场磁体中的工程化应用。

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括以下步骤：

步骤一、采用共沉淀工艺人工制备获得14：24的AEC相；所述14：24的AEC相中Sr、Ca、Cu的质量比较其设计质量比的误差范围小于3％；所述共沉淀工艺的具体过程为：配制草酸乙醇溶液，然后分别将SrCO

步骤二、将步骤一中获得的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中并搅拌混合均匀，得到混合粉末；所述14：24的AEC相的加入质量为Bi2212粉体质量的1％；

步骤三、以步骤二中得到的混合粉末为原料制备浆料，然后将浆料浸涂在银片上得到Bi2212薄膜，将Bi2212薄膜在氧气中进行热处理，结合半熔化热处理工艺，得到Bi2212超导薄膜。

对比例1

本对比例的过程为：以Bi2212粉体为原料，按照实施例1步骤三中的工艺过程，制备得到Bi2212超导薄膜。

对实施例1和对比例1制备的Bi2212超导薄膜在77K下的载流性能进行检测，结果显示实施例1制备的Bi2212超导薄膜的临界电流密度J

实施例2

本实施例包括以下步骤：

步骤一、采用喷雾热解工艺人工制备获得14：24的AEC相；所述14：24的AEC相中Sr、Ca、Cu的质量比较其设计质量比的误差范围小于3％；所述喷雾热解工艺的具体过程为：将SrCO

步骤二、将步骤一中获得的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中并搅拌混合均匀，得到混合粉末；所述14：24的AEC相的加入质量为Bi2212粉体质量的3％；

步骤三、以步骤二中得到的混合粉末为原料制备浆料，然后将浆料浸涂在银片上得到Bi2212薄膜，将Bi2212薄膜在氧气中进行热处理，结合半熔化热处理工艺，得到Bi2212超导薄膜。

对比例2

本对比例的过程为：以Bi2212粉体为原料，按照实施例2步骤三中的工艺过程，制备得到Bi2212超导薄膜。

对实施例2和对比例2制备的Bi2212超导薄膜在77K下的载流性能进行检测，结果显示实施例2制备的Bi2212超导薄膜的临界电流密度J

实施例3

本实施例包括以下步骤：

步骤一、采用喷雾热解工艺人工制备获得14：24的AEC相；所述14：24的AEC相中Sr、Ca、Cu的质量比较其设计质量比的误差范围小于3％；所述喷雾热解工艺的具体过程为：将SrCO

步骤二、将步骤一中获得的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中并搅拌混合均匀，得到混合粉末；所述14：24的AEC相的加入质量为Bi2212粉体质量的5％；

步骤三、以步骤二中得到的混合粉末为原料制备浆料，然后将浆料浸涂在银片上得到Bi2212薄膜，将Bi2212薄膜在氧气中进行热处理，结合半熔化热处理工艺，得到Bi2212超导薄膜。

对比例3

本对比例的过程为：以Bi2212粉体为原料，按照实施例3步骤三中的工艺过程，制备得到Bi2212超导薄膜。

对实施例3和对比例3制备的Bi2212超导薄膜在77K下的载流性能进行检测，结果显示实施例3制备的Bi2212超导薄膜的临界电流密度J

实施例4

本实施例包括以下步骤：

步骤一、采用共沉淀工艺人工制备获得14：24的AEC相；所述14：24的AEC相中Sr、Ca、Cu的质量比较其设计质量比的误差范围小于3％；所述共沉淀工艺的具体过程为：配制草酸乙醇溶液，然后分别将SrCO

步骤二、将步骤一中获得的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中并搅拌混合均匀，得到混合粉末；所述14：24的AEC相的加入质量为Bi2212粉体质量的1％；

步骤三、以步骤二中得到的混合粉末为原料，采用粉末装管法，结合多次组装、集束拉拔工艺，制备得到Bi2212线材，将Bi2212线材在氧气中进行热处理，结合半熔化热处理工艺，得到Bi2212超导线材。

对比例4

本对比例的过程为：以Bi2212粉体为原料，按照实施例4步骤三中的工艺过程，制备得到Bi2212超导线材。

对实施例4和对比例4制备的Bi2212超导线材在77K下的载流性能进行检测，结果显示实施例4制备的Bi2212超导线材的临界电流密度J

实施例5

本实施例包括以下步骤：

步骤一、采用共沉淀工艺人工制备获得14：24的AEC相；所述14：24的AEC相中Sr、Ca、Cu的质量比较其设计质量比的误差范围小于3％；所述共沉淀工艺的具体过程为：配制草酸乙醇溶液，然后分别将SrCO

步骤二、将步骤一中获得的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中并搅拌混合均匀，得到混合粉末；所述14：24的AEC相的加入质量为Bi2212粉体质量的3％；

步骤三、以步骤二中得到的混合粉末为原料，采用粉末装管法，结合多次组装、集束拉拔工艺，制备得到Bi2212线材，将Bi2212线材在氧气中进行热处理，结合半熔化热处理工艺，得到Bi2212超导线材。

对比例5

本对比例的过程为：以Bi2212粉体为原料，按照实施例5步骤三中的工艺过程，制备得到Bi2212超导线材。

对实施例5和对比例5制备的Bi2212超导线材在77K下的载流性能进行检测，结果显示实施例5制备的Bi2212超导线材的临界电流密度J

实施例6

本实施例包括以下步骤：

步骤一、采用共沉淀工艺人工制备获得14：24的AEC相；所述14：24的AEC相中Sr、Ca、Cu的质量比较其设计质量比的误差范围小于3％；所述共沉淀工艺的具体过程为：配制草酸乙醇溶液，然后分别将SrCO

步骤二、将步骤一中获得的14：24的AEC相加入到Bi2212粉体中并搅拌混合均匀，得到混合粉末；所述14：24的AEC相的加入质量为Bi2212粉体质量的5％；

步骤三、以步骤二中得到的混合粉末为原料，采用粉末装管法，结合多次组装、集束拉拔工艺，制备得到Bi2212线材，将Bi2212线材在氧气中进行热处理，结合半熔化热处理工艺，得到Bi2212超导线材。

对比例6

本对比例的过程为：以Bi2212粉体为原料，按照实施例6步骤三中的工艺过程，制备得到Bi2212超导线材。

对实施例6和对比例6制备的Bi2212超导线材在77K下的载流性能进行检测，结果显示实施例6制备的Bi2212超导线材的临界电流密度J

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。