[go: up one dir, main page]

SK500412022A3 - Method of production of massive monocrystalline GdBCOAg superconductor - Google Patents

Method of production of massive monocrystalline GdBCOAg superconductor Download PDF

Info

Publication number
SK500412022A3
SK500412022A3 SK50041-2022A SK500412022A SK500412022A3 SK 500412022 A3 SK500412022 A3 SK 500412022A3 SK 500412022 A SK500412022 A SK 500412022A SK 500412022 A3 SK500412022 A3 SK 500412022A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
gdbcoag
crystal
massive
temperature
superconductor
Prior art date
Application number
SK50041-2022A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Ing. Radušovská Monika, PhD.
Ing. Hajdová Petra, PhD.
Mgr. Kuchárová Veronika, PhD.
Ing. DrSc. Diko Pavel
Original Assignee
Ústav Experimentálnej Fyziky Slovenskej Akadémie Vied
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav Experimentálnej Fyziky Slovenskej Akadémie Vied filed Critical Ústav Experimentálnej Fyziky Slovenskej Akadémie Vied
Priority to SK50041-2022A priority Critical patent/SK500412022A3/en
Publication of SK500412022A3 publication Critical patent/SK500412022A3/en

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Vynález sa týka novej koncepcie dosiahnutia maximálnej veľkosti narasteného GdBCOAg masívneho monokryštalického supravodiča, pripraveného rastom z natavených zložiek supravodiča. Podľa vynálezu sa pridaním BaCeO3 v množstve 0,75 až 3,02 % hmotn. zníži objemový podiel zvyškovej stuhnutej taveniny v porovnaní s ekvivalentným prídavkom štandardne používaného CeO2. Tento rozdiel významne zvyšuje veľkosť pripraveného masívneho kryštálu.The invention relates to a new concept of achieving the maximum size of the grown GdBCOAg massive monocrystalline superconductor, prepared by growth from fused superconductor components. According to the invention, by adding BaCeO3 in an amount of 0.75 to 3.02 wt.%. will reduce the volume fraction of the residual solidified melt compared to the equivalent addition of standard CeO2. This difference significantly increases the size of the prepared massive crystal.

Description

Oblasť technikyThe field of technology

Vynález patrí do oblasti materiálovej fyziky a týka sa vysoko-teplotného masívneho monokryštalického GdBa2Cu3O? supravodiča s prídavkom striebra (GdBCOAg).The invention belongs to the field of material physics and concerns high-temperature massive monocrystalline GdBa2Cu3O? superconductor with addition of silver (GdBCOAg).

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

V oblasti silnoprúdovej elektrotechniky sa masívne monokryštalické GdBCOAg supravodiče využívajú v podobe supravodivých permanentných magnetov na konštrukciu elektrických strojov točivých, ložísk bez trenia, levitačných transportných zariadení, zotrvačníkových rezervoárov energie, zariadení na magnetický transport liečiv, čistenie odpadových vôd a podobne.In the field of high-current electrical engineering, massive monocrystalline GdBCOAg superconductors are used in the form of superconducting permanent magnets for the construction of rotating electric machines, frictionless bearings, levitation transport devices, inertial energy reservoirs, devices for magnetic transport of drugs, wastewater treatment, and the like.

Tento systém je zaujímavý najmä preto, že GdBCO-Ag-Pt masívne monokryštalické supravodiče vykazujú najvyššie hodnoty zachyteného magnetického poľa (rekordná hodnota 17,6 T pri 26 K [Durrell, J., Dennis, A. et.al., Supercond. Sci. Technol. 27 (2014) 082001] pri zníženej krehkosti vďaka prídavku striebra. Lacnejším variantom tohto masívneho supravodiča je nahradenie drahej platiny lacnejším cérom.This system is particularly interesting because GdBCO-Ag-Pt bulk single crystal superconductors show the highest values of the trapped magnetic field (a record value of 17.6 T at 26 K [Durrell, J., Dennis, A. et.al., Supercond. Sci . Technol. 27 (2014) 082001] with reduced brittleness due to the addition of silver. A cheaper variant of this massive superconductor is to replace expensive platinum with cheaper cerium.

V súčasnosti sa masívne monokryštalické GdBCOAg supravodiče vyrábajú rastom z natavenej zmesi zložiek supravodiča. Štandardne sa cér pridáva v podobe oxidu ceričitého CeO2. Reakciou pridaného CeO2 s GdBa2Cu3O7 supravodičom:Currently, bulk single-crystal GdBCOAg superconductors are produced by growth from a molten mixture of superconductor components. By default, cerium is added in the form of cerium oxide CeO2. By reacting added CeO2 with GdBa2Cu3O7 superconductor:

2GdBa2Cu3O7 + 3CeO2 = 3BaCeO3 + Gd2BaCuO5 + 5 CuO (1) sa mení fázové zloženie systému a vo vzorke sa objavuje prebytok oxidu meďnatého CuO. Prebytočný oxid meďnatý je rastúcim kryštálom tlačený a tým sa zvyšuje jeho koncentrácia v tavenine, z ktorej masívny GdBa2Cu3O7 kryštál rastie. Tento proces vedie finálne k zastaveniu rastu kryštálu a zostatková tavenina stuhne po obvode narasteného kryštálu. Nevýhodou tohto riešenia je, že stuhnutá tavenina má rozdielnu tepelnú rozťažnosť ako masívny kryštál a indukuje mechanické napätia na rozhraní kryštál/stuhnutá tavenina a môže viesť k vzniku trhlín v masívnom kryštále.2GdBa 2 Cu 3 O 7 + 3CeO 2 = 3BaCeO 3 + Gd 2 BaCuO 5 + 5 CuO (1) the phase composition of the system changes and an excess of copper oxide CuO appears in the sample. The excess copper oxide is pushed by the growing crystal and thus increases its concentration in the melt from which the massive GdBa2Cu3O7 crystal grows. This process finally leads to the cessation of crystal growth and the residual melt solidifies around the perimeter of the grown crystal. The disadvantage of this solution is that the solidified melt has a different thermal expansion than the solid crystal and induces mechanical stresses at the crystal/solidified melt interface and can lead to cracks in the solid crystal.

Slovenská patentová prihláška PP 137-2019 odhaľuje spôsob výroby masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča rastom z natavenej zmesi zložiek supravodiča, ktorý obsahuje minimálne 1.6 hmotnostných percent CeO2.Slovak patent application PP 137-2019 discloses a method of manufacturing a massive monocrystalline GdBCOAg superconductor by growth from a molten mixture of superconductor components, which contains at least 1.6 mass percent CeO2.

Pridávanie céru vo forme CeO2 však spôsobuje nedokonalý rast masívneho GdBCOAg kryštálu, čím sa znehodnotí až 20 percent drahých vstupných surovín, ktoré ostávajú vo forme zostatkovej taveniny po raste masívneho kryštálu.However, the addition of cerium in the form of CeO2 causes imperfect growth of the bulk GdBCOAg crystal, thereby degrading up to 20 percent of the expensive raw materials that remain as residual melt after the growth of the bulk crystal.

Cieľom vynálezu je zníženie množstva stuhnutej zvyškovej taveniny po kryštalizácii masívneho GdBCOAg kryštálu na vzduchu, čím sa dosiahne efektívnejšia a lacnejšia výroba masívnych GdBCOAg supravodičov.The aim of the invention is to reduce the amount of solidified residual melt after crystallization of a massive GdBCOAg crystal in air, thereby achieving a more efficient and cheaper production of massive GdBCOAg superconductors.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Prekvapivo sa zistilo, že množstvo zvyškovej taveniny po kryštalizácii masívneho GdBCOAg kryštálu je podstatne menšie ak je cér pridaný v podobe podvojného oxidu bárnato ceričitého BaCeO3 v porovnaní s pridaním céru v podobe ekvivalentného množstva oxidu ceričitého CeO2.Surprisingly, it was found that the amount of residual melt after crystallization of a massive GdBCOAg crystal is significantly smaller if cerium is added in the form of double barium cerium oxide BaCeO3 compared to the addition of cerium in the form of an equivalent amount of cerium oxide CeO2.

Spôsob výroby masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča podľa tohto vynálezu obsahuje kroky:The method of manufacturing a massive monocrystalline GdBCOAg superconductor according to the present invention includes the following steps:

a) homogenizácia vstupných surovín vo forme práškov v množstvách:a) homogenization of input raw materials in the form of powders in quantities:

- 60 až 80 hmotn. % GdBa2Cu3O7^, kde δ je menšia ako 0,5,- 60 to 80 wt. % GdBa2Cu3O7^, where δ is less than 0.5,

- 20 až 40 hmotn. % Gd2BaCuO5,- 20 to 40 wt. % Gd2BaCuO5,

- 20 hmotn. % Ag2O,- 20 wt. % Ag 2 O,

- 0,75 až 3,02 % hmotn. BaCeO3 (pripravený sól-gélovou metódou, s veľkosťou častíc okolo 100 nm), kde hmotn. % AG2O a hmotn. % BaCeO3 sú vztiahnuté na súčet hmotností GdBa2Cu3O7^ a Gd2BaCuO5;- 0.75 to 3.02% wt. BaCeO 3 (prepared by the sol-gel method, with a particle size of around 100 nm), where wt. % AG2O and wt. % BaCeO3 are related to the sum of the weights of GdBa2Cu3O7^ and Gd2BaCuO5;

b) zlisovanie homogenizovanej zmesi jednoosím tlakom 3 až 5 MPa.b) pressing the homogenized mixture with a uniaxial pressure of 3 to 5 MPa.

c) umiestnenie tenkovrstvového zárodku typu NdBa2Cu3O7^ na zlisovanú zmes;c) placement of a thin-film seed of the type NdBa2Cu3O7^ on the pressed mixture;

d) ohriatie zlisovanej zmesi na teplotu min. 1 060 °C rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, následne ochladenie zmesi na teplotu 1019-1015 °C rýchlosťou 100 °C/h, a ďalšie ochladenie zmesi na teplotu 979 - 975 °C rýchlosťou 0,5 °C/h, a ďalšie následné ochladenie zmesi na izbovú teplotu v zatvorenej vypnutej peci.d) heating the pressed mixture to a temperature of min. 1,060 °C at a rate of 100 °C/h with an isothermal duration of 1 h, then cooling the mixture to a temperature of 1019-1015 °C at a rate of 100 °C/h, and further cooling the mixture to a temperature of 979-975 °C at a rate of 0.5 °C/ h, and further subsequent cooling of the mixture to room temperature in a closed, switched off furnace.

SK 50041-2022 A3SK 50041-2022 A3

Delta (δ) je stechiometrický koeficient. Kde δ je menšia ako 0,5, t. j. ide o supravodivú fázu s ortorombickou štruktúrou.Delta (δ) is a stoichiometric coefficient. Where δ is less than 0.5, i.e. j. it is a superconducting phase with an orthorhombic structure.

Vstupné suroviny je nutné pred spracovaním homogenizovať. Podľa výhodného uskutočnenia sa vstupné suroviny homogenizujú nasledovným spôsobom: najprv sa miešajú, napríklad v miešačke práškov, potom sa melú, napríklad v trecom mlyne a následne sa situjú, napríklad vibračným sitom. Čas miešania a mletia je výhodne 15 minút (každý samostatne).The raw materials must be homogenized before processing. According to a preferred embodiment, the raw materials are homogenized in the following way: first they are mixed, for example in a powder mixer, then they are ground, for example in a friction mill, and then they are sieved, for example with a vibrating sieve. Mixing and grinding time is preferably 15 minutes (each separately).

Podľa výhodného uskutočnenia sa zmes lisuje do tabliet tlakom 3 až 5 MPa. Priemer tabliet je výhodne 20 mm. Na výrobu tabliet je možné použiť ručný hydraulický lis.According to a preferred embodiment, the mixture is pressed into tablets at a pressure of 3 to 5 MPa. The diameter of the tablets is preferably 20 mm. A manual hydraulic press can be used to produce tablets.

Pridanie tenkovrstvového NdBa2Cu3O?-ô (Nd123) je nevyhnutné pri procese rastu masívneho GdBa2Cu3O?δ (Gd123) kryštálu. Na prípravu masívnych Gd123 kryštálov sa používa technológia TOP-SEEDED MELTGROWN (TSMG) proces, pri ktorom Gd123 kryštál rastie epitaxiálne od tenkovrstvového Nd123 zárodku, umiestneného v strede na povrchu tablety. Tento tenkovrstvový Nd123 zárodok predstavuje nukleačné centrum, kde kryštálová orientácia Gd123 kryštálu sa zhoduje s kryštálovou orientáciou Nd123 zárodku.The addition of thin-film NdBa2Cu3O?-ô (Nd123) is essential in the process of growing a massive GdBa2Cu3O?δ (Gd123) crystal. To prepare massive Gd123 crystals, the TOP-SEEDED MELTGROWN (TSMG) process is used, in which the Gd123 crystal grows epitaxially from a thin-layer Nd123 seed, located in the center on the surface of the tablet. This thin film Nd123 seed represents a nucleation center where the crystal orientation of the Gd123 crystal coincides with the crystal orientation of the Nd123 seed.

Výhodou prídavku céru v podobe BaCeO3 je, že je podporený rast masívneho GdBCOAg kryštálu a z rovnakej nominálnej hmotnosti navážky dostaneme väčší kryštál. Ďalšou výhodou navrhovaného prístupu je, že menšie množstvo stuhnutej zvyškovej taveniny povedie k zníženiu dilatačných termických napätí na rozhraní kryštál/stuhnutá tavenina, čím sa zníži nebezpečenstvo vzniku trhlín pri ochladzovaní z teploty rastu masívneho kryštálu.The advantage of the addition of cerium in the form of BaCeO 3 is that the growth of the massive GdBCOAg crystal is supported and a larger crystal is obtained from the same nominal weight of the weight. Another advantage of the proposed approach is that a smaller amount of solidified residual melt will lead to a reduction of dilatational thermal stresses at the crystal/solidified melt interface, thereby reducing the risk of cracking during cooling from the bulk crystal growth temperature.

Prehľad obrázkov na výkresoch na obrázku 1 je makro-fotografia masívneho GdBCOAg kryštálu s prídavkom 0,75 % hmotn. BaCeO3, na obrázku 2 je makro-fotografia masívneho GdBCOAg kryštálu s prídavkom 1,89 % hmotn. BaCeO3 a na obrázku 3 je makro-fotografia masívneho GdBCOAg kryštálu s prídavkom 3,02 % hmotn. BaCeO3.Overview of Figures in the Drawings Figure 1 is a macro-photograph of a bulk GdBCOAg crystal with an addition of 0.75 wt%. BaCeO3, in Figure 2 is a macro-photograph of a massive GdBCOAg crystal with an addition of 1.89 wt.%. BaCeO3 and in Figure 3 is a macro-photograph of a massive GdBCOAg crystal with an addition of 3.02 wt.%. BaCeO3.

na obrázku 4 je makro-fotografia masívneho GdBCOAg kryštálu s prídavkom 0,4 % hmotn. CeO2, na obrázku 5 je makro-fotografia masívneho GdBCOAg kryštálu s prídavkom 1,0 % hmotn. CeO2, na obrázku 6 je makro-fotografia masívneho GdBCOAg kryštálu s prídavkom 1,6 % hmotn. CeO2,Figure 4 shows a macro-photograph of a massive GdBCOAg crystal with an addition of 0.4 wt.%. CeO2, in Figure 5 is a macro-photograph of a massive GdBCOAg crystal with the addition of 1.0 wt.%. CeO 2 , in Figure 6 is a macro-photograph of a massive GdBCOAg crystal with an addition of 1.6 wt.%. CeO 2 ,

Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of implementation of the invention

Príklad 1Example 1

Na prípravu masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča boli použité komerčné prášky v množstvách:Commercial powders were used in the amounts of:

% hmotn. GdBa2Cu3O2^, (Solvay, čistota 99,9 %, prevažujúca frakcia 30 μm) % hmotn. Gd2BaCuO5, (Toshima, čistota 99,9 %, prevažujúca frakcia 1 - 2 μm) % hmotn. Ag2O, (Chempur, čistota 99 %)% wt. GdBa2Cu3O 2 ^, (Solvay, purity 99.9%, predominant fraction 30 μm) % wt. Gd2BaCuO5, (Toshima, purity 99.9%, predominant fraction 1 - 2 μm) % wt. Ag2O, (Chempur, purity 99%)

0,75 % hmotn. BaCeO3, (0,32 % hmotn. Ce) kde % hmotn. AG2O a % hmotn. BaCeO3 sú vztiahnuté na súčet hmotností GdBa2Cu3O7^ a Gd2BaCuO5.0.75% wt. BaCeO3, (0.32% wt. Ce) where % wt. AG2O and % wt. BaCeO3 are related to the sum of the weights of GdBa2Cu3O7^ and Gd2BaCuO5.

čo predstavuje:which represents:

14,188 g GdBa2^O7^;14.188 g of GdBa2^O7^;

5,812 g Gd2BaCuO5;5.812 g of Gd2BaCuO5;

g Ag2O, ag Ag2O, a

0,151 g BaCeO30.151 g of BaCeO3

Po navážení boli vstupné prášky spolu miešané 15 minút v miešačke práškov, mleté v trecom mlyne 15 minút a sitované vibračným sitom. Takto zhomogenizované vstupné prášky boli lisované pomocou ručného hydraulického lisu pri tlaku 4 MPa do tabliet v tvare valca s priemerom 20 mm.After weighing, the input powders were mixed together for 15 minutes in a powder mixer, ground in a friction mill for 15 minutes and sieved with a vibrating sieve. The thus homogenized input powders were pressed using a manual hydraulic press at a pressure of 4 MPa into cylindrical tablets with a diameter of 20 mm.

Zlisovaná tableta bola spolu s tenkovrstvovým zárodkom typu Nd123 umiestneným v strede na povrchu tablety uložená na Al2O3 podložku. V prípade Nd123 zárodku ide o tenkú 700 nm vrstvu NdBa2Cu3O7^ nanesenú na substráte MgO s (buffer layer) tlmiacou 20 nm vrstvou YBa2Cu3O7^. Na zabránenie kontaminácie vzorky od AI2O3 podložky boli ako medzivrstvy použité MgO a ZrO2 podložky. GdBCOAg masívne monokryštalické supravodiče boli pripravené na vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku v elektrickej kruhovej odporovej peci s použitím časovo-teplotného režimu s pomalým ochladzovaním, ktorý pozostával z nasledujúcich krokov: zlisovaná tableta bola ohriata na maximálnu teplotu Tmax = 1 060 °C, rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, nasledovalo rýchle ochladenie do teploty 1 019 - 1015 °C s rýchlosťou 100 °C/h, po pomalom ochladzovaní rýchlosťou 0,5 °C/h do teploty 979 - 975 °C nasledovalo ochladzovanieThe compressed tablet was placed on an Al 2 O 3 substrate together with a thin-film Nd123 seed located in the center on the surface of the tablet. In the case of the Nd123 seed, it is a thin 700 nm layer of NdBa 2 Cu 3 O 7 ^ deposited on a MgO substrate with (buffer layer) a damping 20 nm layer of YBa2Cu3O7^. MgO and ZrO2 pads were used as interlayers to prevent contamination of the sample from the Al2O3 pad. GdBCOAg bulk single-crystal superconductors were prepared in air at normal atmospheric pressure in an electric circular resistance furnace using a slow-cooling time-temperature regime consisting of the following steps: the compressed tablet was heated to a maximum temperature of Tmax = 1060 °C, at a rate of 100 ° C/hs with an isothermal duration of 1 h, followed by rapid cooling to a temperature of 1019-1015 °C at a rate of 100 °C/h, after slow cooling at a rate of 0.5 °C/h to a temperature of 979-975 °C followed by cooling

SK 50041-2022 A3 v peci do izbovej teploty.SK 50041-2022 A3 in the oven to room temperature.

Masívny GdBCOAg kryštál vyrobený podľa príkladu 1 je zobrazený na obr. 1.A massive GdBCOAg crystal produced according to Example 1 is shown in Fig. 1.

Príklad 2Example 2

Na prípravu masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča boli použité rovnaké komerčné prášky v množstvách:The same commercial powders were used in amounts of:

% hmotn. Gdl^CihO?^ % hmotn. Gd2BaCuO5 % hmotn. Ag2O% wt. Gdl^CihO?^ % wt. Gd2BaCuO5 % wt. Ag2O

1,89 % hmotn. BaCeO3 (0,81 % hmotn. Ce) čo predstavuje:1.89% wt. BaCeO3 (0.81 wt% Ce) which represents:

12,161 g GdBa2Cu3Oy^;12.161 g of GdBa2Cu3Oy^;

7,749 g Gd2BaCuO5;7.749 g of Gd 2 BaCuO 5 ;

g Ag2O, ag Ag2O, a

0,378 g BaCeO30.378 g of BaCeO3

Po navážení boli vstupné prášky spolu miešané 15 minút v miešačke práškov, mleté v trecom mlyne 15 minút a sitované vibračným sitom. Takto zhomogenizované vstupné prášky boli lisované pomocou ručného hydraulického lisu pri tlaku 4 MPa do tabliet v tvare valca s priemerom 20 mm.After weighing, the input powders were mixed together for 15 minutes in a powder mixer, ground in a friction mill for 15 minutes and sieved with a vibrating sieve. The thus homogenized input powders were pressed using a manual hydraulic press at a pressure of 4 MPa into cylindrical tablets with a diameter of 20 mm.

Zlisovaná tableta bola spolu s tenkovrstvovým zárodkom typu Nd123 umiestneným v strede na povrchu tablety uložená na Al2O3 podložku. Pre zabránenie kontaminácie vzorky od Al2O3 podložky boli ako medzivrstvy použité MgO a ZrO2 podložky. GdBCOAg masívne monokryštalické supravodiče boli pripravené na vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku v elektrickej kruhovej odporovej peci s použitím časovoteplotného režimu s pomalým ochladzovaním, ktorý pozostával z nasledujúcich krokov: zlisovaná tableta bola ohriatá na maximálnu teplotu Tmax = 1 060 °C, rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, nasledovalo rýchle ochladenie do teploty 1 019 - 1 015 °C s rýchlosťou 100 °C/h, po pomalom ochladzovaní rýchlosťou 0,5 °C/h do teploty 979 - 975 °C nasledovalo ochladzovanie v peci do izbovej teploty.The pressed tablet was placed on an Al2O3 substrate together with a thin-film seed of type Nd123 located in the center on the surface of the tablet. To prevent sample contamination from the Al2O3 mat, MgO and ZrO 2 mats were used as interlayers. GdBCOAg bulk single crystal superconductors were prepared in air at normal atmospheric pressure in an electric circular resistance furnace using a slow cooling time-temperature regime consisting of the following steps: the compressed tablet was heated to a maximum temperature of Tmax = 1060 °C, at a rate of 100 °C/ hs with an isothermal duration of 1 h, followed by rapid cooling to a temperature of 1,019-1,015 °C at a rate of 100 °C/h, after slow cooling at a rate of 0.5 °C/h to a temperature of 979-975 °C, followed by cooling in a furnace to room temperature temperature.

Masívny GdBCOAg kryštál vyrobený podľa príkladu 2 je zobrazený na obr. 2.A massive GdBCOAg crystal produced according to Example 2 is shown in Fig. 2.

Príklad 3Example 3

Na prípravu masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča boli použité rovnaké komerčné prášky v množstvách:The same commercial powders were used in amounts of:

% hmotn. GdBa2Cu3O7^ % hmotn. Gd2BaCuO5 % hmotn. Ag2O% wt. GdBa2Cu3O7^ % wt. Gd2BaCuO5 % wt. Ag2O

3,02 % hmotn. BaCeO3 (1,30 % hmotn. Ce) čo predstavuje:3.02% wt. BaCeO 3 (1.30 wt% Ce) which represents:

16,214 g GdBa2Cu3O7^;16.214 g of GdBa2Cu3O7^;

3,874 g Gd2BaCuO5;3.874 g of Gd2BaCuO5;

g Ag2O, ag Ag2O, a

0,605 g BaCeO30.605 g of BaCeO3

Po navážení boli vstupné prášky spolu miešané 15 minút v miešačke práškov, mleté v trecom mlyne 15 minút a sitované vibračným sitom. Takto zhomogenizované vstupné prášky boli lisované pomocou ručného hydraulického lisu pri tlaku 4 MPa do tabliet v tvare valca s priemerom 20 mm.After weighing, the input powders were mixed together for 15 minutes in a powder mixer, ground in a friction mill for 15 minutes and sieved with a vibrating sieve. The thus homogenized input powders were pressed using a manual hydraulic press at a pressure of 4 MPa into cylindrical tablets with a diameter of 20 mm.

Zlisovaná tableta bola spolu s tenkovrstvovým zárodkom typu Nd123 umiestneným v strede na povrchu tablety uložená na Al2O3 podložku. Pre zabránenie kontaminácie vzorky od Al2O3 podložky boli ako medzivrstvy použité MgO a ZrO2 podložky. GdBCOAg masívne monokryštalické supravodiče boli pripravené na vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku v elektrickej kruhovej odporovej peci s použitím časovoteplotného režimu s pomalým ochladzovaním, ktorý pozostával z nasledujúcich krokov: zlisovaná tableta bola ohriatá na maximálnu teplotu Tmax = 1 060 °C, rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, nasledovalo rýchle ochladenie do teploty 1 019 až 1 015 °C s rýchlosťou 100 °C/h, po pomalom ochladzovaní rýchlosťou 0,5 °C/h do teploty 979 - 975 °C nasledovalo ochladzovanie v peci do izbovej teploty.The pressed tablet was placed on an Al2O3 substrate together with a thin-film seed of type Nd123 located in the center on the surface of the tablet. To prevent sample contamination from the Al2O3 mat, MgO and ZrO2 mats were used as interlayers. GdBCOAg bulk single-crystal superconductors were prepared in air at normal atmospheric pressure in an electric circular resistance furnace using a slow-cooling time-temperature regime consisting of the following steps: the compressed tablet was heated to a maximum temperature of T max = 1060 °C, at a rate of 100 °C /hs with an isothermal duration of 1 h, followed by rapid cooling to a temperature of 1,019 to 1,015 °C at a rate of 100 °C/h, after slow cooling at a rate of 0.5 °C/h to a temperature of 979-975 °C, followed by cooling in a furnace to room temperature.

Masívny GdBCOAg kryštál vyrobený podľa príkladu 3 je zobrazený na obr. 3.A massive GdBCOAg crystal produced according to Example 3 is shown in Fig. 3.

Porovnávacie príklady 4 - 6Comparative examples 4 - 6

SK 50041-2022 A3SK 50041-2022 A3

Príklad 4Example 4

Na prípravu masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča boli použité rovnaké komerčné prášky v množstvách:The same commercial powders were used in amounts of:

% hmotn. Gdl^CihO?^ % hmotn. Gd2BaCuO5 % hmotn. Ag2O% wt. Gdl^CihO?^ % wt. Gd2BaCuO5 % wt. Ag 2 O

0,4 % hmotn. CeO2 (0,32 % hmotn. Ce), čo predstavuje:0.4% wt. CeO2 (0.32 wt% Ce), which represents:

14,188 g GdBa2Cu3O7^;14.188 g of GdBa2Cu3O7^;

5,812 g Gd2BaCuO5;5.812 g of Gd2BaCuO5;

g Ag2O, ag Ag2O, a

0,08 g CeO20.08 g of CeO2

Po navážení boli vstupné prášky spolu miešané 15 minút v miešačke práškov, mleté v trecom mlyne 15 minút a sitované vibračným sitom. Takto zhomogenizované vstupné prášky boli lisované pomocou ručného hydraulického lisu pri tlaku 4 MPa do tabliet v tvare valca s priemerom 20 mm.After weighing, the input powders were mixed together for 15 minutes in a powder mixer, ground in a friction mill for 15 minutes and sieved with a vibrating sieve. The thus homogenized input powders were pressed using a manual hydraulic press at a pressure of 4 MPa into cylindrical tablets with a diameter of 20 mm.

Zlisovaná tableta bola spolu s tenkovrstvovým zárodkom typu Nd123 umiestneným v strede na povrchu tablety uložená na Al2O3 podložku. Pre zabránenie kontaminácie vzorky od Al2O3 podložky boli ako medzivrstvy použité MgO a ZrO2 podložky. GdBCOAg masívne monokryštalické supravodiče boli pripravené na vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku v elektrickej kruhovej odporovej peci s použitím časovoteplotného režimu s pomalým ochladzovaním, ktorý pozostával z nasledujúcich krokov: zlisovaná tableta bola ohriata na maximálnu teplotu Tmax = 1 060 °C, rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, nasledovalo rýchle ochladenie do teploty 1 019 - 1 015 °C s rýchlosťou 100 °C/h, po pomalom ochladzovaní rýchlosťou 0,5 °C/h do teploty 979 - 975 °C nasledovalo ochladzovanie v peci do izbovej teploty.The pressed tablet was placed on an Al2O3 substrate together with a thin-film seed of type Nd123 located in the center on the surface of the tablet. To prevent sample contamination from the Al2O3 mat, MgO and ZrO2 mats were used as interlayers. GdBCOAg bulk single crystal superconductors were prepared in air at normal atmospheric pressure in an electric circular resistance furnace using a time-temperature slow-cooling regime consisting of the following steps: the compressed tablet was heated to a maximum temperature of T max = 1060 °C at a rate of 100 °C /hs with an isothermal duration of 1 h, followed by rapid cooling to a temperature of 1,019-1,015 °C at a rate of 100 °C/h, after slow cooling at a rate of 0.5 °C/h to a temperature of 979-975 °C, followed by cooling in a furnace to room temperature.

Masívny GdBCOAg kryštál vyrobený podľa príkladu 4 je zobrazený na obr. 4.A massive GdBCOAg crystal produced according to Example 4 is shown in Fig. 4.

Príklad 5Example 5

Na prípravu masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča boli použité rovnaké komerčné prášky v množstvách:The same commercial powders were used in amounts of:

% hmotn. GdBa2Cu3O7^ % hmotn. Gd2BaCuO5 % hmotn. Ag2O% wt. GdBa2Cu3O7^ % wt. Gd2BaCuO5 % wt. Ag2O

1,0 % hmotn. CeO2 (0,81 % hmotn. Ce), čo predstavuje:1.0% wt. CeO2 (0.81 wt% Ce), which represents:

12,161 g GdBa2Cu3O7^;12.161 g of GdBa2Cu3O7^;

7,749 g Gd2BaCuO5;7.749 g of Gd 2 BaCuO 5 ;

g Ag2O, ag Ag2O, a

0,2 g CeO20.2 g of CeO2

Po navážení boli vstupné prášky spolu miešané 15 minút v miešačke práškov, mleté v trecom mlyne 15 minút a sitované vibračným sitom. Takto zhomogenizované vstupné prášky boli lisované pomocou ručného hydraulického lisu do tabliet v tvare valca s priemerom 20 mm.After weighing, the input powders were mixed together for 15 minutes in a powder mixer, ground in a friction mill for 15 minutes and sieved with a vibrating sieve. The thus homogenized input powders were pressed using a manual hydraulic press into cylindrical tablets with a diameter of 20 mm.

Zlisovaná tableta bola spolu s tenkovrstvovým zárodkom typu Nd123 umiestneným v strede na povrchu tablety uložená na Al2O3 podložku. Pre zabránenie kontaminácie vzorky od Al2O3 podložky boli ako medzivrstvy použité MgO a ZrO2 podložky. GdBCOAg masívne monokryštalické supravodiče boli pripravené na vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku v elektrickej kruhovej odporovej peci s použitím časovoteplotného režimu s pomalým ochladzovaním, ktorý pozostával z nasledujúcich krokov: zlisovaná tableta bola ohriata na maximálnu teplotu Tmax = 1 060 °C, rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, nasledovalo rýchle ochladenie do teploty 1 019 - 1 015 °C s rýchlosťou 100 °C/h, po pomalom ochladzovaní rýchlosťou 0,5 °C/h do teploty 979 - 975 °C nasledovalo ochladzovanie v peci do izbovej teploty.The pressed tablet was placed on an Al2O3 substrate together with a thin-film seed of type Nd123 located in the center on the surface of the tablet. To prevent sample contamination from the Al2O3 mat, MgO and ZrO 2 mats were used as interlayers. GdBCOAg bulk single crystal superconductors were prepared in air at normal atmospheric pressure in an electric circular resistance furnace using a slow cooling time-temperature regime consisting of the following steps: the compressed tablet was heated to a maximum temperature of Tmax = 1060 °C, at a rate of 100 °C/ hs with an isothermal duration of 1 h, followed by rapid cooling to a temperature of 1,019-1,015 °C at a rate of 100 °C/h, after slow cooling at a rate of 0.5 °C/h to a temperature of 979-975 °C, followed by cooling in a furnace to room temperature temperature.

Masívny GdBCOAg kryštál vyrobený podľa príkladu 5 je zobrazený na obr. 5.A massive GdBCOAg crystal produced according to Example 5 is shown in Fig. 5.

Príklad 6Example 6

Na prípravu masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča boli použité rovnaké komerčné prášky v množstvách:The same commercial powders were used in amounts of:

% hmotn. GdBa2Cu3O7^ % hmotn. Gd2BaCuO5 % hmotn. Ag2O% wt. GdBa2Cu3O7^ % wt. Gd2BaCuO5 % wt. Ag2O

1,6 % hmotn. CeO2 (1,30 % hmotn. Ce).1.6% wt. CeO2 (1.30 wt% Ce).

SK 50041-2022 A3 čo predstavuje:SK 50041-2022 A3 which represents:

16,214 g Gd^CusOy-c;16.214 g of Gd^CusOy-c;

3,874 g Gd2BaCuO5;3.874 g of Gd2BaCuO5;

g Ag2O, ag Ag2O, a

0,32 g CeO20.32 g of CeO2

Po navážení boli vstupné prášky spolu miešané 15 minút v miešačke práškov, mleté v trecom mlyne 15 minút a sitované vibračným sitom. Takto zhomogenizované vstupné prášky boli lisované pomocou ručného hydraulického lisu do tabliet v tvare valca s priemerom 20 mm.After weighing, the input powders were mixed together for 15 minutes in a powder mixer, ground in a friction mill for 15 minutes and sieved with a vibrating sieve. The thus homogenized input powders were pressed using a manual hydraulic press into cylindrical tablets with a diameter of 20 mm.

Zlisovaná tableta bola spolu s tenkovrstvovým zárodkom typu Nd123 umiestneným v strede na povrchu tablety uložená na ALO3 podložku. Pre zabránenie kontaminácie vzorky od ALO3 podložky boli ako medzivrstvy použité MgO a ZrO2 podložky. GdBCOAg masívne monokryštalické supravodiče boli pripravené na vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku v elektrickej kruhovej odporovej peci s použitím časovoteplotného režimu s pomalým ochladzovaním, ktorý pozostával z nasledujúcich krokov: zlisovaná tableta bola ohriata na maximálnu teplotu Tmax = 1 060 °C, rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, nasledovalo rýchle ochladenie do teploty 1 019 až 1 015 °C s rýchlosťou 100 °C/h, po pomalom ochladzovaní rýchlosťou 0,5 °C/h do teploty 979 - 975 °C nasledovalo ochladzovanie v peci do izbovej teploty.The compressed tablet was placed on an ALO3 pad together with a thin-film seed of type Nd123 located in the center on the surface of the tablet. In order to avoid contamination of the sample from the ALO3 pad, MgO and ZrO2 pads were used as interlayers. GdBCOAg bulk single crystal superconductors were prepared in air at normal atmospheric pressure in an electric circular resistance furnace using a slow cooling time-temperature regime consisting of the following steps: the compressed tablet was heated to a maximum temperature of T max = 1060 °C at a rate of 100 °C /hs with an isothermal duration of 1 h, followed by rapid cooling to a temperature of 1,019 to 1,015 °C at a rate of 100 °C/h, after slow cooling at a rate of 0.5 °C/h to a temperature of 979-975 °C, followed by cooling in a furnace to room temperature.

Masívny GdBCOAg kryštál vyrobený podľa príkladu 6 je zobrazený na obr. 6.A massive GdBCOAg crystal produced according to Example 6 is shown in Fig. 6.

V tabuľke 1 sú uvedené výsledné množstvá zvyškovej taveniny, ktorá zostala po výrobe masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča spôsobom uvedeným v príkladoch 1 až 6.Table 1 shows the resulting amounts of the residual melt that remained after the production of the massive single-crystal GdBCOAg superconductor by the method indicated in Examples 1 to 6.

Tabuľka 1:Table 1:

Príklady Examples Ce ekvivalent [% hmotn.] Ce equivalent [wt%] CeO2 [% hmotn.] CeO2 [wt%] BaCeO3 [% hmotn.] BaCeO3 [wt%] Zvyšková stuhnutá tavenina [% objem.] Residual solidified melt [% vol.] Príklad 1 Example 1 0,32 0.32 0 0 0,75 0.75 9,8 9.8 Príklad 2 Example 2 0,81 0.81 0 0 1,89 1.89 8,9 8,9 Príklad 3 Example 3 1,30 1.30 0 0 3,02 3.02 8,9 8,9 Porovnávací príklad 4 Comparative example 4 0,32 0.32 0,4 0.4 0 0 13,0 13.0 Porovnávací príklad 5 Comparative example 5 0,81 0.81 1,0 1.0 0 0 22,1 22.1 Porovnávací príklad 6 Comparative example 6 1,30 1.30 1,6 1.6 0 0 24,6 24.6

Z tabuľky 1 je zrejmé, že objemový podiel zvyškovej stuhnutej taveniny predstavuje 8,9 % objem. pri obsahu BaCeO3 v 3,02 % hmotn., zatiaľ čo v prípade supravodiča pripraveného rovnakou technológiou, za tých istých podmienok s prídavkom 1,6 % hmotn. CeO2 (prídavok predstavuje ekvivalentné množstvo céru ako pri pridaní 3,02 % hmotn. BaCeO3) je objemový podiel zvyškovej stuhnutej taveniny 24,6 % objem. Tento rozdiel významne prispieva k veľkosti pripraveného masívneho kryštálu supravodiča.It is clear from Table 1 that the volume fraction of the residual solidified melt is 8.9% by volume. with a BaCeO 3 content of 3.02% by weight, while in the case of a superconductor prepared by the same technology, under the same conditions with the addition of 1.6% by weight. CeO2 (the addition represents an equivalent amount of cerium as with the addition of 3.02 wt.% BaCeO3) the volume fraction of the residual solidified melt is 24.6 vol.%. This difference contributes significantly to the size of the prepared massive superconductor crystal.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Vynález je využiteľný pri výrobe masívnych monokryštalických supravodičov metódou rastu kryštálov z natavenej zmesi zložiek supravodiča.The invention can be used in the production of massive monocrystalline superconductors by the method of crystal growth from a molten mixture of superconductor components.

Claims (1)

Spôsob výroby masívneho monokryštalického GdBCOAg supravodiča, vyznačujúci sa tým, ž e obsahuje kroky: a) homogenizácia vstupných surovín vo forme práškov v množstvách: 60 až 80 hmotn. % 5 GdBa2Cu3O7-6, kde δ je menšia ako 0,5; 20 až 40 hmotn. % Gd2BaCuOs; 20 hmotn. % Ag2O; 0,75 až 3,02 % hmotn. BaCeO3; kde hmotn. % AG2O a hmotn. % BaCeO3 sú vztiahnuté na súčet hmotností GdBa2Cu3O7^ a Gd2BaCuO5; b) zlisovanie homogenizovanej zmesi jednoosím tlakom 3 až 5 MPa; c) umiestnenie tenkovrstvového zárodku typu NdBa2Cu3O7^ na zlisovanú zmes; d) ohriatie zlisovanej zmesi so zárodkom na teplotu minimálne. 1 060 °C rýchlosťou 100 °C/h s izotermickou výdržou 1 h, následne ochladenie zmesi na 10 teplotu 1 019 až 1 015 °C rýchlosťou 100 °C/h, a následné ochladenie zmesi na teplotu 979 až 975 °C rýchlosťou 0,5 °C/h, a následné ochladenie zmesi do izbovej teploty v zatvorenej vypnutej peci.The method for the production of a massive monocrystalline GdBCOAg superconductor, characterized by the fact that it includes the following steps: a) homogenization of the input raw materials in the form of powders in amounts: 60 to 80 wt. % 5 GdBa2Cu3O7- 6 , where δ is less than 0.5; 20 to 40 wt. % Gd2BaCuOs; 20 wt. % Ag2O; 0.75 to 3.02 wt.% BaCeO 3 ; where material % AG 2 O and wt. % BaCeO 3 are related to the sum of the weights of GdBa 2 Cu 3 O 7 ^ and Gd2BaCuO5; b) pressing the homogenized mixture with a uniaxial pressure of 3 to 5 MPa; c) placement of a thin-film seed of the type NdBa2Cu3O7^ on the pressed mixture; d) heating the pressed mixture with the seed to a minimum temperature. 1060 °C at a rate of 100 °C/h with an isothermal duration of 1 h, followed by cooling the mixture to a temperature of 1019 to 1015 °C at a rate of 100 °C/h, and subsequent cooling of the mixture to a temperature of 979 to 975 °C at a rate of 0.5 °C/h, and subsequent cooling of the mixture to room temperature in a closed, switched off furnace.
SK50041-2022A 2022-08-30 2022-08-30 Method of production of massive monocrystalline GdBCOAg superconductor SK500412022A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50041-2022A SK500412022A3 (en) 2022-08-30 2022-08-30 Method of production of massive monocrystalline GdBCOAg superconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50041-2022A SK500412022A3 (en) 2022-08-30 2022-08-30 Method of production of massive monocrystalline GdBCOAg superconductor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK500412022A3 true SK500412022A3 (en) 2024-03-13

Family

ID=90192782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50041-2022A SK500412022A3 (en) 2022-08-30 2022-08-30 Method of production of massive monocrystalline GdBCOAg superconductor

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK500412022A3 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5474976A (en) Production of oxide superconductors having large magnetic levitation force
CN110373717B (en) A method for growing REBCO high-temperature superconducting bulk material by component layering control method
SK500412022A3 (en) Method of production of massive monocrystalline GdBCOAg superconductor
JP4174332B2 (en) Oxide superconductor manufacturing method, oxide superconductor and its precursor support base material
KR100209580B1 (en) Method of manufacturing yttrium-based superconductor
Lang et al. Phase assemblage and morphology during the partial melt processing of Bi-2212 thick films
CN103603043B (en) The method of the accurate single crystal of a kind of embedded seeded growth calcium analysis YBCO
US7655601B2 (en) Enhanced melt-textured growth
JP3115696B2 (en) Manufacturing method of oxide superconductor having large magnetic levitation force
JP6217842B2 (en) Bulk oxide superconductor and method for producing bulk oxide superconductor
JP2003277188A (en) Large superconducting intermediates, large superconductors and methods of making them
CN100538918C (en) RE-Ba-Cu-O is the manufacture method of oxide superconductor
JP2854758B2 (en) Oxide superconductor with large magnetic levitation force
JP3195041B2 (en) Oxide superconductor and manufacturing method thereof
JP2018127381A (en) Method for producing superconductive bulk conjugate
JP4669998B2 (en) Oxide superconductor and manufacturing method thereof
JPH05279033A (en) Method for producing oxide superconductor having high critical current density
JP4153651B2 (en) Seed crystal of oxide superconducting material and manufacturing method of oxide superconducting material using the same
JP2004161504A (en) RE-Ba-Cu-O-based superconducting material precursor, RE-Ba-Cu-O-based superconducting material and method for producing the same
JP4951790B2 (en) Manufacturing method of oxide superconductivity
JP4660326B2 (en) Manufacturing method of oxide superconducting material and substrate for supporting precursor thereof
CZ38448U1 (en) A low-defective supra-conductive crystal GdBCO/Ag prepared by unidirectional growth from peritectic melt
CZ38447U1 (en) A supra-conductive crystal EuBCO/Ag prepared by unidirectional growth from peritectic melt for the growth of REBCO crystals using the SDMG technology
JPH07187671A (en) Oxide superconductor and manufacturing method thereof
JPH05279035A (en) Oxide superconductor having large magnetic levitation force and method of manufacturing the same