超导陶瓷技

超导陶瓷技术机电工程学院过程装备与控制工程系1003312班20号姓名：郭涛摘要：随着时代的飞速发展，人类科技的不断进步，人们在超导材料上有了更多的认识和深入的 了解，并逐步掌握了超导陶瓷的制备机理与成熟的制备技术。人类充分利用超导陶瓷能够达到零 阻且抗磁的优越性，从而避开了传统材料的缺陷，使得人类自身能够以更低的成本生产出更优质 的产品来满足自身的需求。因超导陶瓷具有广阔的应用前景，而备受时代瞩目。关键词：超导陶瓷制备方法应用前景0.引言经过科学家的研究，目前人类已能很好的了解到超导陶瓷的性能、发展、制备及 应用，并将其纳入商品的范畴，进行研发。1. 超导陶瓷的实质与性能超导陶瓷是指具有超导性能的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温度下电阻为 零即所谓零阻现象。在磁场中其磁感应强度为零，即抗磁现象或称迈斯纳效应。2. 超导陶瓷的分类与发展由于超导陶瓷的范围很宽，所以具体分类很困难。1986年以前按超导陶瓷的品体 结构（B-1、Nacl尖品石、钙钛矿尖品石、青铜）和超导理论（BCS理论物质及非BCS 理论物质）对N、C、S、B、O化物等进行分类。1986年IBM苏黎世实验室Muller和 Bednorz等人研制Ba-La-Cu-O系氧化物混合物具有35K的高温超导性，打破了传 统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。各国纷纷组织力量投 入相关的研究，这才有了更多高温超导陶瓷的发现。1987年底，铊一钡一钙一铜一氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986 - 1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！从此，超导陶瓷从实验室走向了日常生产。3. 超导陶瓷的制备3.1.超导陶瓷的制备方法a. 固相法：含直接加工粉末法、护套法、粘接剂法（固相反应，扩散析出）b. 液相法：熔融体急冷法、溶媒法、有机酸盐法、溶胶法（即将粉末溶入媒中）c. 气相法：含溅射法（需薄膜优异，蒸镀缓慢）和化学蒸镀法（速度快）3.2.高温超导陶瓷的制备过程3.2.1. Y-Ba-Cu-O系超导陶瓷的制备将材料物质（Y2O3, BaCO3和CuO）称量、烘干、混合、粉碎 在900950 摄氏度下的氧气氛围中煅烧12h球磨粉碎，加压成型一一 再在9001000 摄氏度下的氧气氛围中烧结一一 氧气氛围中急剧冷却至750摄氏度一一 持续 在氧气氛围中冷却全室温。这个过程中原料的纯度、粒度、状态、活性、合成的温度、烧成制度、气氛、合成是否充分配料及合成后磨细的情况、成型条件、热处理条件等都对烧结体的 超导性有极大的影响。原料一般选用氧化物或碳酸盐，各种原料要求纯、细，配料时称量一定要严格按YBa2Cu3O7 （简称123相）配比，球磨时用去离子水 或蒸馏水及无水乙醇等分散剂，进行磨细及充分均匀混合。第一次合成后，再混 合磨细是的介质不能用去离子水，必须用无水乙醇。由于组成YBa2Cu3O7的有两种不同的晶体结构，其中正交（123相）为超 导相，另一种四方相为非超导相。而123相在750摄氏度下才能稳定存在，因此 需要快速冷却全室温。通常气氛为氧气流，流速需控制在0.3L/min左右。为得到单一均匀的（123相）合成料，一般应严格控制合成制度，以保证合成充分完 成。在YBa2Cu3O7超导陶瓷工艺中，最大的问题是确定烧结制度。实际上， YBa2Cu3O7较难烧结，且高温下不一致熔融，呈现分解熔融，往往加入少量烧 结助剂，但这样会使超导材料的特性变差，所以有必要改善粉体的特性和想选择 适当的烧结制度。3.2.2.Bi-Sr-Cu-O系超导陶瓷的制备该系不含稀土元素，制备容易，且稳定性好。原料按Bi:Sr:Ca:Cu=1:1:1:2，简称（1112）。将原料充分干燥后，按此比例配料，经充分混合磨细后放入氧化 铝坩蜗中，在电炉中800820摄氏度下合成410h，合成气氛是空气或氧气。 Bi2O3的熔点是860摄氏度，所以合成温度不可过高，合成时间长短应根据合成 反应是否充分来决定。生成物外观颜色呈黑色，将其充分研磨细化后在2MPa气压下成型，然后将成相片放入管式内烧成，烧成温度为 780880摄氏度，保温时 间为46小时，炉内气氛为空气或氧气。冷却是采用断电在炉内自然冷却或将试 片取出在空气中快速冷却。4. 超导陶瓷的实际应用超导陶瓷的实际应用极为广泛，具体分为四方面：a）以节省能源为目的的发电机、输电电缆、能量贮存等电力系统化；b）核聚合、磁流体动力发电等新能源的超导开辟；c）高能加速器、磁悬浮列车、电磁推进船、医用等利用高磁场的技术；d）巨型电子计算机、高灵敏度电压计、磁通计等弱电应用。5. 超导陶瓷的发展前景随着更多超导陶瓷的发现，超导陶瓷已经在日常生活和科研中扮演着不可替 代的角色，它们被有效用作电子和工程材料，供人们创造新产品和新工艺。对于 许多基本的和高技术的器件和设备来说，高性能的材料只占不到10%的成本，然而它们却是决定因素，往往会限制整个技术的发展速度。于是，如美国、日本 等经济强国、科技大国争相研发新型超导陶瓷，使之趋于商品化、市场化。而中 国等发展中国家也积极从国外引进技术，将超导陶瓷的研发纳入科技发展的项 目。相信这一技术的发展会极大的促进人类的进步，无论是经济，还是科技，都 将会迎来巨大的变革。结论：正因为超导陶瓷具有如此优越的性能和应用前景，人类才投入大量的人力和物力 对其进行更深层次的探索。相信伴随人类智慧的升级，这一领域的研究途径必将趋于 平坦。【参考文献】i.印南羲之.公开特许公报 昭58-130505.1983ii.杉山浩.公开特许报 昭58-62101.1983iii. 李晓雷，曲远方，徐廷献.硅酸盐学报.1995,23（1）： 22iv. 万山，邱军，桂治轮等.功能材料.1997,28（1）： 62v.曲远方，郑占申，马卫兵.材料研究学报.2000，14（B1）： 181vi.吴人杰.复合材料.天津：天津大学出版社，2000，13