本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種粉末狀超導(dǎo)材料的制備方法。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)(superconductivity)，1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的H·卡茂林·昂內(nèi)斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98℃時(shí)，汞的電阻突然消失；后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，H·卡茂林·昂內(nèi)斯稱之為超導(dǎo)態(tài)。
人們把處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。導(dǎo)體沒有了電阻，電流流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不發(fā)生熱損耗，電流可以毫無(wú)阻力地在導(dǎo)線中形成強(qiáng)大的電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場(chǎng)。
超導(dǎo)是指某些物質(zhì)在一定溫度條件下（一般為較低溫度）電阻降為零的性質(zhì)。
1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)——當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，卻把原來(lái)存在于體內(nèi)的磁場(chǎng)排擠出去。對(duì)單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)，錫球周圍的磁場(chǎng)突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。
后來(lái)人們還做過(guò)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)淺平的錫盤中，放入一個(gè)體積很小但磁性很強(qiáng)的永久磁體，然后把溫度降低，使錫盤出現(xiàn)超導(dǎo)性，這時(shí)可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，慢慢地飄起，懸浮不動(dòng)。
邁斯納效應(yīng)有著重要的意義，它可以用來(lái)判別物質(zhì)是否具有超導(dǎo)性。
為了使超導(dǎo)材料有實(shí)用性，人們開始了探索高溫超導(dǎo)的歷程，從1911年至1986年，超導(dǎo)溫度由水銀的4.2K提高到23.22K（0K=-273.15℃；K開爾文溫標(biāo)，起點(diǎn)為絕對(duì)零度）。1986年1月發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物超導(dǎo)溫度是30K，12月30日，又將這一紀(jì)錄刷新為40.2K，1987年1月升至43K，不久美國(guó)華裔科學(xué)家朱經(jīng)武與中國(guó)臺(tái)灣物理學(xué)家吳茂昆以及大陸科學(xué)家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導(dǎo)溫度提高到90K以上，液氮的“溫度壁壘”（77K）也被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導(dǎo)溫度的記錄提高到125K。從1986年－1987年的短短一年多的時(shí)間里，臨界超導(dǎo)溫度提高了近100K。大約1993年，鉈－汞－銅－鋇－鈣－氧系材料又把臨界超導(dǎo)溫度的記錄提高到138K。高溫超導(dǎo)體取得了巨大突破，使超導(dǎo)技術(shù)走向大規(guī)模應(yīng)用。
超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)現(xiàn)象中的邁斯納效應(yīng)使人們可以用此原理制造超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船，由于這些交通工具將在懸浮無(wú)摩擦狀態(tài)下運(yùn)行，這將大大提高它們的速度和安靜性，并有效減少機(jī)械磨損。利用超導(dǎo)懸浮可制造無(wú)磨損軸承，將軸承轉(zhuǎn)速提高到每分鐘10萬(wàn)轉(zhuǎn)以上。超導(dǎo)列車已于70年代成功地進(jìn)行了載人可行性試驗(yàn)，1987年開始，日本開始試運(yùn)行，但經(jīng)常出現(xiàn)失效現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于高速行駛產(chǎn)生的顛簸造成的。超導(dǎo)船已于1992年1月27日下水試航，目前尚未進(jìn)入實(shí)用化階段。利用超導(dǎo)材料制造交通工具在技術(shù)上還存在一定的障礙，但它勢(shì)必會(huì)引發(fā)交通工具革命的一次浪潮。
超導(dǎo)材料的零電阻特性可以用來(lái)輸電和制造大型磁體。超高壓輸電會(huì)有很大的損耗，而利用超導(dǎo)體則可最大限度地降低損耗，但由于臨界溫度較高的超導(dǎo)體還未進(jìn)入實(shí)用階段，從而限制了超導(dǎo)輸電的采用。隨著技術(shù)的發(fā)展，新超導(dǎo)材料的不斷涌現(xiàn)，超導(dǎo)輸電的希望能在不久的將來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)有的高溫超導(dǎo)體還處于必須用液態(tài)氮來(lái)冷卻的狀態(tài)，但它仍舊被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。
超導(dǎo)材料，是指具有在一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導(dǎo)體。
超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)電阻為零，能夠無(wú)損耗地傳輸電能。如果用磁場(chǎng)在超導(dǎo)環(huán)中引發(fā)感應(yīng)電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。這種“持續(xù)電流”已多次在實(shí)驗(yàn)中觀察到。
抗磁性，超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，只要外加磁場(chǎng)不超過(guò)一定值，磁力線不能透入，超導(dǎo)材料內(nèi)的磁場(chǎng)恒為零。
臨界溫度，外磁場(chǎng)為零時(shí)超導(dǎo)材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。Tc值因材料不同而異。已測(cè)得超導(dǎo)材料的最低Tc是鎢，為0.012K。到1987年，臨界溫度最高值已提高到100K左右。
臨界磁場(chǎng)，使超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)破壞而轉(zhuǎn)變到正常態(tài)所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度，以Hc表示。Hc與溫度T 的關(guān)系為Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0為0K時(shí)的臨界磁場(chǎng)。
臨界電流和臨界電流密度，超導(dǎo)體的臨界溫度Tc與其同位素質(zhì)量M有關(guān)。M越大，Tc越低，這稱為同位素效應(yīng)。例如，原子量為199.55的汞同位素，它的Tc是4.18開，而原子量為203.4的汞同位素，Tc為4.146開。
通過(guò)超導(dǎo)材料的電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)也會(huì)使超導(dǎo)態(tài)破壞而轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，以Ic表示。Ic一般隨溫度和外磁場(chǎng)的增加而減少。單位截面積所承載的Ic稱為臨界電流密度，以Jc表示。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)出一種粉末狀超導(dǎo)材料的制備方法，采用真空燒結(jié)工藝、機(jī)械充氦混合的方式消除不均的工藝，氣流磨和球磨相配合的方式進(jìn)行粉末狀材料的制備，整個(gè)工藝所得超導(dǎo)材料，能夠有效的保障其超導(dǎo)性能，其科學(xué)的制備工藝，能夠在工業(yè)應(yīng)用中得到很好的推廣。
本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種粉末狀超導(dǎo)材料的制備方法，包括以下步驟：
1）將超導(dǎo)粉體的厚度控制在0.2~1.2cm范圍內(nèi)，在550~700℃溫度條件下，對(duì)超導(dǎo)粉體進(jìn)行真空低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)間在1h以上，在燒結(jié)過(guò)程中通入干燥的氖氣或氦氣作為保護(hù)氣氛；
2）經(jīng)步驟1）后，對(duì)燒結(jié)后的超導(dǎo)粉體利用先干法球磨后氣流磨的方式進(jìn)行第一次機(jī)械粉碎，在進(jìn)行第一次機(jī)械粉碎時(shí)，超導(dǎo)粉體的粒度控制在粒度單位D50小于4μm；
3）對(duì)經(jīng)過(guò)第一次機(jī)械粉碎后獲得的粉體采用機(jī)械充氦混合的方式消除不均；
4）經(jīng)步驟3）后，對(duì)混合后的超導(dǎo)粉體進(jìn)行真空高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)溫度控制在850~1000℃，燒結(jié)時(shí)間大于18小時(shí)，燒結(jié)過(guò)程通入干燥的人造空氣，整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中爐腔內(nèi)部保持500~800r/min的速度旋轉(zhuǎn)；
5）經(jīng)步驟4）后，對(duì)超導(dǎo)粉體先濕法球磨后氣流磨的方式進(jìn)行第二次機(jī)械粉碎步驟，并獲得超導(dǎo)粉粒度單位D50在1-2μm的超導(dǎo)粉體；
6）經(jīng)步驟5）后，將超導(dǎo)粉體制成超導(dǎo)粉懸浮液，并對(duì)超導(dǎo)粉懸浮液下層粉體采用真空烘干的方法獲得所述的粉末狀超導(dǎo)材料。
進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：所述的氣流磨的壓縮空氣耗量選擇為20~30m3/min，所述干法球磨的過(guò)程采用大小球配合使用，大球直徑Ф在12~18mm，小球直徑Ф在2~4mm，大小球比例為1：2，大小球占腔體體積的30％，研磨時(shí)間大于60小時(shí)。
進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：在所述步驟5）中，進(jìn)行氣流磨時(shí)，壓縮空氣耗量為80~100m3/min；進(jìn)行所述濕法球磨過(guò)程中采用大小球配合使用，大球直徑Ф在8~9mm，小球直徑Ф在3~4mm，大小球比例為1：5，大小球占腔體體積的40~50％，濕磨介質(zhì)選擇為酒精或丙酮與填充物為1：1的比例，研磨時(shí)間大于18~20小時(shí)。
進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：在所述步驟3）中，所述的采用機(jī)械充氦混合的方式消除不均時(shí)，機(jī)械的材質(zhì)采用耐酸不銹鋼，混粉過(guò)程抽真空、充氦氣，并重復(fù)4次以上，在混合過(guò)程持續(xù)通入氦氣，混合時(shí)間大于20min，混和環(huán)境濕度在30％以下。
進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：所述步驟6）在進(jìn)行真空烘干時(shí)，將研磨后的超導(dǎo)粉懸浮液靜置12小時(shí)以上，拋棄上層廢液后再對(duì)下層粉體進(jìn)行烘干，烘干過(guò)程中保持真空度低于10-2Pa，烘干5~7小時(shí)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
本發(fā)明采用真空燒結(jié)工藝、機(jī)械充氦混合的方式消除不均的工藝，氣流磨和球磨相配合的方式進(jìn)行粉末狀材料的制備，整個(gè)工藝所得超導(dǎo)材料，能夠有效的保障其超導(dǎo)性能，其科學(xué)的制備工藝，能夠在工業(yè)應(yīng)用中得到很好的推廣。
本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中，制備的超導(dǎo)粉成本低廉，僅不到進(jìn)口產(chǎn)品的五分之一，同時(shí)采用本發(fā)明的制備工藝生產(chǎn)的超導(dǎo)粉雜質(zhì)少，且雜質(zhì)去除容易，采用此超導(dǎo)粉制備的超導(dǎo)成材產(chǎn)品性能高，且均勻性好。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例1：
一種粉末狀超導(dǎo)材料的制備方法，采用真空燒結(jié)工藝、機(jī)械充氦混合的方式消除不均的工藝，氣流磨和球磨相配合的方式進(jìn)行粉末狀材料的制備，整個(gè)工藝所得超導(dǎo)材料，能夠有效的保障其超導(dǎo)性能，其科學(xué)的制備工藝，能夠在工業(yè)應(yīng)用中得到很好的推廣，包括以下步驟：
1）將超導(dǎo)粉體的厚度控制在0.2~1.2cm范圍內(nèi)，在550~700℃溫度條件下，對(duì)超導(dǎo)粉體進(jìn)行真空低溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)間在1h以上，在燒結(jié)過(guò)程中通入干燥的氖氣或氦氣作為保護(hù)氣氛；
2）經(jīng)步驟1）后，對(duì)燒結(jié)后的超導(dǎo)粉體利用先干法球磨后氣流磨的方式進(jìn)行第一次機(jī)械粉碎，在進(jìn)行第一次機(jī)械粉碎時(shí)，超導(dǎo)粉體的粒度控制在粒度單位D50小于4μm；
3）對(duì)經(jīng)過(guò)第一次機(jī)械粉碎后獲得的粉體采用機(jī)械充氦混合的方式消除不均；
4）經(jīng)步驟3）后，對(duì)混合后的超導(dǎo)粉體進(jìn)行真空高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時(shí)溫度控制在850~1000℃，燒結(jié)時(shí)間大于18小時(shí)，燒結(jié)過(guò)程通入干燥的人造空氣，整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中爐腔內(nèi)部保持500~800r/min的速度旋轉(zhuǎn)；
5）經(jīng)步驟4）后，對(duì)超導(dǎo)粉體先濕法球磨后氣流磨的方式進(jìn)行第二次機(jī)械粉碎步驟，并獲得超導(dǎo)粉粒度單位D50在1-2μm的超導(dǎo)粉體；
6）經(jīng)步驟5）后，將超導(dǎo)粉體制成超導(dǎo)粉懸浮液，并對(duì)超導(dǎo)粉懸浮液下層粉體采用真空烘干的方法獲得所述的粉末狀超導(dǎo)材料。
實(shí)施例2：
本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：所述的氣流磨的壓縮空氣耗量選擇為20~30m3/min，所述干法球磨的過(guò)程采用大小球配合使用，大球直徑Ф在12~18mm，小球直徑Ф在2~4mm，大小球比例為1：2，大小球占腔體體積的30％，研磨時(shí)間大于60小時(shí)。
實(shí)施例3：
本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：在所述步驟5）中，進(jìn)行氣流磨時(shí)，壓縮空氣耗量為80~100m3/min；進(jìn)行所述濕法球磨過(guò)程中采用大小球配合使用，大球直徑Ф在8~9mm，小球直徑Ф在3~4mm，大小球比例為1：5，大小球占腔體體積的40~50％，濕磨介質(zhì)選擇為酒精或丙酮與填充物為1：1的比例，研磨時(shí)間大于18~20小時(shí)。
實(shí)施例4：
本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：在所述步驟3）中，所述的采用機(jī)械充氦混合的方式消除不均時(shí)，機(jī)械的材質(zhì)采用耐酸不銹鋼，混粉過(guò)程抽真空、充氦氣，并重復(fù)4次以上，在混合過(guò)程持續(xù)通入氦氣，混合時(shí)間大于20min，混和環(huán)境濕度在30％以下。
實(shí)施例5：
本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，特別采用下述設(shè)置方式：所述步驟6）在進(jìn)行真空烘干時(shí)，將研磨后的超導(dǎo)粉懸浮液靜置12小時(shí)以上，拋棄上層廢液后再對(duì)下層粉體進(jìn)行烘干，烘干過(guò)程中保持真空度低于10-2Pa，烘干5~7小時(shí)。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。