ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ безтигельного получения монокристаллов yba2cu3o 7-

Классы МПК:C30B13/02 зонная плавка с растворителем, например способом перемещающегося растворителя
C30B9/06 с использованием в качестве растворителя компонента кристаллической композиции
C30B29/22 сложные оксиды
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Институт физики твердого тела и полупроводников АН Республики Беларусь (BY)
Приоритеты:
подача заявки:
1991-06-21
публикация патента:

Изобретение относится к металлургии высокотемпературных сверхпроводников. Целью изобретения является увеличение линейных размеров монокристаллов и повышение процента их выхода. Изобретение сводится к тому, что используется безтигельный способ получения монокристаллов YBa2Cu3O7-способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038117/948.gif" ALIGN="TOP"> с применением диффузионных пар состава: смесь Y2BaCuO5+Ba3Cu5O8-способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038117/948.gif" ALIGN=TOP> - смесь Y2BaCuO5+xBa3Cu5O8-способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038117/948.gif" ALIGN=TOP> , где x способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038430/8712.gif" ALIGN="ABSMIDDLE"> 1,0-1,3, при этом происходит непосредственный прямой синтез сверхпроводящего соединения из жидкой фазы L и твердого Y2BaCuO5 по суммарной перетектической реакции Y2BaCuO5+L_способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038032/8594.gif" ALIGN="ABSMIDDLE"> YBa2Cu3O7-способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038117/948.gif" ALIGN="TOP">. 3 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2038430

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

Изобретение относится к металлургии высокотемпературных сверхпроводников, в частности к выращиванию монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников (BTСП) YBa2Cu3O7-б.

Известен способ получения монокристаллов YBa2Cu3O7-б путем медленного охлаждения раствора-расплава в тигле из окиси иттрия [1] Так как оксид иттрия является одним из компонентов соединения YBa2Cu3O7-б, то при данной методике синтеза монокристаллов не происходит внедрение примесей из тигля в получаемый материал.

Однако получение монокристаллов раствор-расплавным способом требует поддержания точного соотношения между количеством компонентов кристаллообразующих. Обогащение же жидкой фазы оксидом иттрия из материала тигля дает возможность выращивать монокристаллы с размером только 4х4х0,1 мм. Данное обстоятельство объясняется отклонением от равновесных условий процесса синтеза. С другой стороны, в раствор-расплавном способе крайне низок процентный (от общего количества использующихся кристаллообразующих) выход получаемого материала (монокристаллов).

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ получения монокристаллов YBa2Cu3O7-б, представляющий водоизменение расплавного способа [2] Он заключается в синтезе монокристаллов в многослойной таблетке, состоящий из последовательно чередующихся слоев двух компонентов: 1 компонент YBa2Cu3Ox, 2 компонент смесь YBa8Cu9Oxи YBa8Cu9FwOz. Температура плавления второго компонента ниже первого. Многослойная таблетка, составленная из слоев различных компонентов, выдерживалась при температуре частичного плавления 2-го компонента (1233 К) до 20 ч и затем медленно охлаждалась. Монокристаллы вырастали в пустотах, образовавшихся в слоях второго компонента.

Общими существенными признаками предлагаемого способа и способа-прототипа являются следующие технологические операции: использование для синтеза монокристаллов конфигурации диффузионных пар, выдержка при температуре плавления одного из компонентов и использование кислородной атмосферы в процессе синтеза.

Недостатком способа-прототипа является получение малых размеров кристаллов с малым процентом их выхода.

Целью изобретения является увеличение размеров монокристаллов и повышение процентов их выхода.

Для этого в предлагаемом способе безтигельного получения монокристаллов YBa2Cu3O7-б, включающий обжиг в атмосфере кислорода при температуре плавления одного из компонентов с последующим медленным охлаждением, в котором используется диффузионная пара в виде нижней таблетки Y2BaCuO5 + Ba3Cu5O8-б и верхней таблетки Y2BaCuO5 + xBa3Cu5O8-б, где x способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038430/8712.gif" ALIGN="ABSMIDDLE"> 1,0-1,3.

Известно, что в способе-прототипе изначально используется большое количество первичных центров кристаллизации на межфазовых границах раздела, которые представляют собой предварительно синтезированную поликристаллическую фазу YBa2Cu3O7-б.

В способе-прототипе в качестве более легкоплавкого компонента диффузионной пары используется смесь YBa8Cu9Ox YBa8Cu9FwOz, плавление которой, как обнаружено, происходит при 1233 К и, скорее всего, способствует образованию монокристаллов YBa2Cu3Ox только за счет рекристаллизации приграничных участков поликристаллической фазы YBaxCu3Ox. На это указывает и тот факт, что мелкие монокристаллы образуются не в поликристаллическом слое смесей YBa8Cu9Ox YBaxCu9FwOz. Такого рода рекристаллизационные процессы не могут привести к росту крупных монокристаллов, а сам процесс синтеза является крайне неконтролируемым: только в 50% можно добиться удачного эксперимента, т.е. роста монокристаллов. Кроме того, в способе-прототипе указывается, что монокристаллы могут образовываться лишь в нескольких участках "диффузионного сэндвича". Следовательно, подавляющая часть исходных компонентов просто не участвует в синтезе, что приводит к большому расходу исходных компонентов в ходе эксперимента и крайне малому выходу продукта реакции монокристаллов.

В отличие от способа-прототипа в предлагаемом способе происходит не перекристаллизация уже имевшегося изначально поликристаллического соединения YBa2Cu3Ox, а непосредственный прямой синтез сверхпроводящего соединения из жидкой фазы L и твердого Y2BaCuO5 по суммарной перетектической реакции: Y2BaCuO5 + L->>YBa2Cu3O7-б. Температурный интервал этой реакции составляет 1252-1303 К. Жидкая фаза образуется, главным образом, в верхней таблетке смеси Y2BaCuO5 + xспособ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038004/729.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">Ba3Cu5O8-бдиффузионной пары за счет превышения температуры плавления эвтектики BaCuO2 CuO, плавления соединения BaCuO2 и образования равновесной твердожидкофазной системы: Y2BaCuO5 L. Жидкая фаза в указанном температурном диапазоне состоит из раствора YBa2Cu3O7-б в расплаве эвтектики. Падение температуры ниже 1293 К приводит к кристаллизации из жидкой фазы YBa2Cu3O7-б. Существующий в отличие от способа-прототипа поток жидкости вокруг синтезируемого монокристалла осуществляет доставку новых порций исходных компонентов для реакции. После кристаллизации YBa2Cu3O7-б из жидкой фазы ее состав должен измениться и обедниться кристаллообразующими компонентами, поэтому в способе-прототипе кристаллизация прекращается, а размер монокристаллов не увеличивается. В предлагаемом способе взаимодействие жидкой фазы с твердой фазой Y2BaCuO5приводит к разложению последней на раствор YBa2Cu3O7-б в расплаве эвтектики BaCuO2 CuO, что обеспечивает постоянное пересыщение (при соответствующих термодинамических условиях) раствора YBa2Cu3O7-б в расплаве эвтектики и интенсификацию процессов роста монокристаллов YBa2Cu3O7-б.

Меньшая доля жидкой фазы, в отличие от способа-прототипа, присутствует и в нижней таблетке диффузионной пары. Она образуется там в соответствии с аналогичными процессами плавления в верхней таблетке. Наличие гомогенного распределения жидкости в нижней таблетке ускоряет процесс образования монокристаллов и способствует за счет проникновения жидкости из верхней таблетки в нижнюю направленной кристаллизации в наиболее дефектной плоскости монокристаллов YBa2Cu3O7-б.

Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

В отличие от способа-прототипа возникающие путем протекания твердожидкофазной реакции первичные монокристаллы из-за наличия всего лишь нескольких потоков жидкости из верхней таблетки начинают кристаллизоваться на первоначальной границе раздела между таблетками. Условия эксперимента, осуществляемые в предлагаемом способе, создают лишь крайне ограниченное число кристаллообразующих зародышей. Последующий рост монокристаллов происходит за счет кристаллизации материала из потока жидкой фазы. Данный процесс уменьшает число образующихся в диффузионной паре монокристаллов до двух-трех. Естественно их размер становится достаточно большим и сопоставим с размерами используемых для диффузионных пар таблеток.

Рост ограниченного числа больших монокристаллов YBa2Cu3O7-б из раствора в расплаве за счет постепенного возникновения новых кристаллообразующих в ходе синтеза, а также использование приблизительно стехиометрического соотношения исходных компонентов позволяет рационально расходовать реактивы и синтезировать монокристаллы почти с 80%-ным выходом основного вещества.

Сравнение предлагаемого способа с другими способами получения монокристаллов YBa2Cu3O7-б показало отсутствие подобного метода безтигельного синтеза крупных монокристаллов. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема получения монокристаллов YBa2Cu3O7-б по способу-прототипу; на фиг.2 и 3 образование монокристаллов YBa2Cu3O7-бв диффузионной паре (Y2BaCuO5 + Ba3Cu5O8-б) (Y2BaCuO5 + xспособ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038004/729.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">Ba3Cu5O8-бдо синтеза и после синтеза соответственно.

В таблице представлены технические характеристики монокристаллов, полученных известными и предлагаемым способом.

П р и м е р. Составы Y2BaCuO5 и Ba3Cu5O8-б синтезировали из соответствующих смесей Y2O3, BaCO3 и CuO по обычной керамической технологии на воздухе при 1223 и 1133 К соответственно. Из полученных порошков Y2BaCuO5 и Ba3Cu5O8-б прессовали механические смеси (Y2BaCuO5 + +Ba3Cu5O8-б) нижняя таблетка и (Y2BaCuO5 + 1,2способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038004/729.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">Ba3Cu5O8-б) верхняя таблетка. Размеры таблеток: 10 мм, высота 5 мм. Уложенные друг на друга таблетки в виде диффузионной пары помещают на подложке из окиси магния в трубчатую печь с давлением кислорода PO2<MV> 2способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038004/729.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">105 Па, снабженную высокоточным терморегулятором РИФ-101, и быстро нагревают до 1303 К. Через 2-3 мин после достижения указанной температуры начинают охлаждение со скоростью 0,6 К/ч до 1253 К, охлаждение до 873 К со скоростью 50 К/ч. На последнем этапе процесса температуру снижают в режиме выключенной печи. Из синтезированной диффузионной пары механически выделяют монокристаллы YBa2Cu3O7-б размером не менее 5х5х2 мм3. Индуктивным и резистивным методами измеряют критическую температуру перехода монокристаллов в сверхпроводящее состояние, которая равна Тс 93 К, при ширине перехода способ безтигельного получения монокристаллов yba<sub>2</sub>cu<sub>3</sub>o<sub>  7-<img src=, патент № 2038430" SRC="/images/patents/435/2038038/916.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">Тc < 1 К.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

СПОСОБ БЕЗТИГЕЛЬНОГО ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ YBa2Cu3O7-б путем взаимодействия твердая фаза жидкость в диффузионной зоне двух контактирующих таблеток, содержащих исходные компоненты и растворитель, при нагреве в атмосфере кислорода с последующей выдержкой и охлаждением, отличающийся тем, что, с целью увеличения размеров кристаллов и повышения процента их выхода, используют таблетку состава Y2BaCuO5 - Ba3Cu5O8-б и размещенную на ней таблетку состава Y2BaCuO5 xBa3Cu5O8-б, где x 1,0 1,3, и нагрев ведут до температуры перитектики.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C30B13/02 зонная плавка с растворителем, например способом перемещающегося растворителя

Класс C30B9/06 с использованием в качестве растворителя компонента кристаллической композиции

Класс C30B29/22 сложные оксиды

Патенты РФ в классе C30B29/22:
способ соединения деталей из тугоплавких оксидов -  патент 2477342 (10.03.2013)
способ выращивания объемных монокристаллов александрита -  патент 2471896 (10.01.2013)
способ получения сложного оксида со структурой силленита -  патент 2463394 (10.10.2012)
способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводящих соединений типа "123" -  патент 2434081 (20.11.2011)
pr-содержащий сцинтилляционный монокристалл, способ его получения, детектор излучения и устройство обследования -  патент 2389835 (20.05.2010)
способ получения совершенных кристаллов трибората цезия из многокомпонентных растворов-расплавов -  патент 2367729 (20.09.2009)
способ получения кристаллов иодата лития для широкополосных преобразователей ультразвука -  патент 2347859 (27.02.2009)
способ получения кристалла на основе бората и генератор лазерного излучения -  патент 2338817 (20.11.2008)
способ выращивания профилированных монокристаллов иодата лития гексагональной модификации на затравку, размещаемую в формообразователе -  патент 2332529 (27.08.2008)
полупроводниковый антиферромагнитный материал -  патент 2318262 (27.02.2008)


Наверх