Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Способ обработки висмутового сверхпроводящего материала состава Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O, включающий воздействие на материал высоким давлением и температурой, отличающийся тем, что воздействие давлением и температурой прово­дят одновременно при следующих режимах: давле­ние Р = 1-3 ГПа, температура Т = 993-1053К, время 10-20 минут.

Текст

Изобретение относится к области высокотемпературной сверхпроводимости, а именно, технологии обработки материала (В1-хРbх)2Sr2Са2Сu3Oy может быть использовано в электронике, электротехнике, машиностроении и других областях. Наиболее близкий по технической сути к заявляемому является способ обработки под высоким давлением сверхпроводника Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O [1], заключающийся в том, что таблетки почти совершенного однофазного (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox (фаза 2223)толщиной 3,5мм, диаметром 6мм, предварительно спрессованные при 0,1МПа, помещались в капсулу из нитрида бора, которая в свою очередь помещалась в пирофиллитовую оболочку, а затем прессовалась при 5,4МПа в течение 2ч при комнатной температуре в генераторе высокого давления, снабженном шестью поршнями из карбида вольфрама, которые одновременно приводились в движение с помощью шести гидравлических рам. После прессования под высоким давлением образцы не имели сверхпроводящего перехода, но в результате последующего отжига при 1115К в течение 100ч и охлаждения с печью сверхпроводящие свойства восстанавливались. Температура перехода в сверхпроводящее состояние исходных образцов (фаза 2223) составляла 113К, а температура перехода после прессования в условиях высокого давления и последующего отжига была TC1=113K, ТC2=105K. Плотность составляла 3-4г/см3; 5,7г/см3 и 4,9г/см3 у исходного образца, после обработки в условиях давления 5,4ГПа и после последующего 100ч отжига, соответственно. Критический ток полученных образцов составлял 508А/см2 при 77К в нулевом магнитном поле. Недостатками данного способа являются: - необходимость использования однофазных 2223 образцов, приготовление которых является сложной технологической задачей и более продолжительно во времени, чем приготовление двухфазных (2223 и 2212) образцов; - использование высоких давлений прессования (5,4ГПа), для создания которых необходимо оборудование большой мощности; - снижение плотности образцов в процессе заключительного отжига (от 5,7 до 4,9г/см2 до 79% от теоретической, что отрицательно влияет на величину критического тока: - сравнительно невысокие механические характеристики, обусловленные низкими значениями плотности; - большая продолжительность технологического цикла, которая с одной стороны вызвана необходимостью 2 часовой выдержки при высоком давлении, а с другой - проведением последующего отжига (~104ч), т.к. в результате прессования в холодном состоянии разрушаются контакты между зернами и для восстановления СПсвойств необходимо заново спечь образец. Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является: разработка способа обработки висмутового сверхпроводящего материала, который обеспечит: - увеличение содержания фазы 2223, имеющей более высокую, чем фаза 2212 температуру перехода в СПсостояние (115К и 85К, соответственно), вплоть до 98%; - снижение давления прессования; - увеличение плотности до значений близких к теоретической (~99%); - улучшение механических характеристик (например, микротвердости и модуль Юнга); - снижение длительности процесса. Для решения поставленной задачи в известном способе обработки сверхпроводящего материала состава BiPb-Sr-Ca-Cu-O, по которому исходный материал подвергают воздействию высокого давления и температуры, согласно изобретению воздействие высоким давлением и температурой производят одновременно при следующих режимах: давлении 1-3ГПа, температуре - 993-1053К, длительности выдержки 10-20 мин. Причинно-следственная связь между совокупностью признаков и достигаемыми техническими результатами состоит в следующем. При приложении давления (1-3ГПа) и нагреве образцов до 993-1053К в течение 10-20мин. происходит их уплотнение от 2,9г/см до значений близких к теоретическим - 6,22г/см, увеличение содержания фазы 2223 от 85% до 98% (фаза 2223 обладает более высокой температурой перехода в СП состояние, чем фаза 2212, которая исчезает), увеличение микротвердости от 0,02ГПа до 3,43ГПа и модуля Юнга от 1,9ГПа до 100ГПа, увеличение критического тока от 30А/см2 до 103А/см2. При снижении давления Р3ГПа появляется большое количество микротрещин, что приводит к разрушению образца. Выход за пределы температурного интервала 993-1053К сдвигает равновесие в сторону образования фазы 2212 и исчезновение фазы 2223. При снижении длительности выдержки Т20мин. происходит изменение структуры фазы 2223, которое выражается в увеличении параметра с элементарной ячейки больше, чем на 0,01нм, это приводит к ухудшению сверхпроводящих характеристик. В заявляемом способе по сравнению с прототипом используется более низкое давление прессования, существенно снижается длительность процесса, увеличиваются плотность, микротвердость, модуль Юнга и критический ток образцов. Кроме того, в условиях заявляемых высоких давлений и температур происходит увеличение содержания фазы 2223, что позволяет использовать исходные образцы более низкого качества, чем в случае прототипа. Причем, известно, что на увеличение содержания фазы 2223 в случае твердофазного синтеза (этот метод используется для приготовления исходных образцов или материала как в заявляемом способе, так и в прототипе) на 10% необходима ~ 100ч выдержка при температуре синтеза. Пример реализации предлагаемого способа. Исходные образцы-таблетки номинального состава (Ві,Рb)Sr2Са2Сu3Оу (содержание фазы 2223-85%, остальное - фаза 2212 и примеси: сложные оксиды Са и Сu а также включения, обогащенные Рb (со сверхпроводящими характеристиками) ТC~115К, DТC~7К, I C=30А (см2), диаметром 9-15мм, h=4-10мм, плотностью 2,9г/см3, приготовление методом твердофазного синтеза (или спрессованные в холодном состоянии из порошка, приготовленного методом твердофазного синтеза), помещали в аппарат высокого давления типа "наковальня с углублением" (рис.1), который затем помещался под пресс. При достижении давления 2ГПа образцы нагревали до температуры 1023К путем прямого пропускания тока через графитовый нагреватель (рис.1) в течение 15мин. Величину давления и температуры определяли косвенными методами, для чего производилась предварительная тарировка с помощью редеров и термопары. Точность определения давления составляла ±0,15ГПа а температура ±20К. Скорость нагрева образцов была 1000К/мин, а скорость охлаждения 400К/мин. В качестве материала - изолятора от графитового нагревателя использовали порошкообразный оксид циркония, из которого для удобства сборки контейнера прессовали кольца и таблетки при Р=0,45ГПа (рис.1). Способ реализован также при граничных и при выходе за граничные значения заявляемых режимов по предлагаемому решению, а также при тех же исходных условиях по прототипу. Данные сведения в таблице (прилагается). Значения модуля Юнга и микротвердости получения с помощью механического микроанализатора NANO INDENTER фирмы NANOINSTRUMENT (США) при нагрузке 5г. Как видно из таблицы, содержание фазы 2223 в образцах увеличивается на 10-13%, плотность - на 20%, модуль Юнга ~ в 1,7р., микротвердость ~ в 2р., критический ток не меньше, чем в 2 раза по сравнению с прототипом.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for treatment of bismuth superconductive material

Автори англійською

Prykhna Tetiana Oleksiivna, Moschyl Viktor Yevhenovych, Melnykov Volodymyr Stepanovych, Atamanenko Borys Anatoliiovych, Horbyk Petro Petrovych, Hridnieva Halyna Henadiivna, Shapovalov Andrii Petrovych, Diakin Viktor Vasyliovych

Назва патенту російською

Способ обработки висмутового сверхпроводящего материала

Автори російською

Прихна Татьяна Алексеевна, Мощиль Виктор Евгеньевич, Мельников Владимир Степанович, Атаманенко Борис Анатольевич, Горбик Петр Петрович, Гриднева Галина Геннадьевна, Шаповалов Андрей Петрович, Дякин Виктор Васильевич

МПК / Мітки

МПК: B22F 3/14, C04B 35/00, B22F 3/16

Мітки: матеріалу, вісмутового, обробки, спосіб, надпровідного

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/2-10982-sposib-obrobki-vismutovogo-nadprovidnogo-materialu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб обробки вісмутового надпровідного матеріалу</a>

Подібні патенти