Лекция 5 Методики получения сверхпроводников

Понятие «материал» -Хрупкость. -Малое время существования. -Только под давлением. Это еще не материалы!!! Материал Материал – это СП, доведенный до лабораторного или промышленного использования

Прямое сплавление Пример: (1-x)Nb + xTi Nb 1-x Ti x. Так получают сплав, т.е. твердый раствор. Величина Т с 10К для этого сплава. Второй пример: 75 ат.% Nb ат.% Al ат.% Ge Nb 3 Al 0.7 Ge 0,3. Это было первое «водородное» соединение. Его Т с =20.7 К (Т н =20.3 К)

В Ar, «вакууме» (Р=10 -4 тор 10 2 тор) – разряд нужен Дуговая плавка

ВЧ-плавка Схема метода Частоты ~ десятков МГц. Подвеска образца в ВЧ поле (чистота): наведенный ток взаимодействует с ВЧ полем и держит образец в подвешенном состоянии

Методы очистки Местный нагрев: Печь. ВЧ-нагрев (десятки МГц). Электронный пучок 1. Переплавка в вакууме исходных материалов. Растворенные газы, летучие примеси уходят. Даже углерод можно убрать: C+O 2 =CO 2 и уходит. 2. Зонная очистка

Порошковые методики 1. Современная перспективная технология. Пригодна для хрупких (А15, ВТСП). Сейчас нано-порошки – основа нано-материалов. 2. На примере Nb 3 Sn c T c =18K (метод Кюнцлера). В Nb трубку засыпается смесь 3Nb+Sn. Протяжка до провода. Отжиг при о С. Олово плавится. Результат – соединение Nb 3 Sn. Так же другие А Так же карбиды, нитриды, карбонитриды. 4. ВТСП керамики делаются (по этой методике) из порошков окислов. Например, YBa 2 Cu 3 O 7 с Т с =90К из смеси порошков Y 2 O 3 +BaO+CuO. Смесь помещается в трубку из Ag (все металлы реагируют при нагреве с этой смесью)

Поверхностная жидкофазная диффузия Отжиг в печи при 1000 о С 10 ч.

Твердофазная диффузия 1. Стопу Nb+Al фольг накручивают на стержень (обычно медный). 2. Протяжка до проволоки с отжигом при 900 о С. 3.Результат: на поверхности соприкосновения Nb и Al образуется соединение Nb 3 Al. 4. Другие материалы так же: Nb 3 Al 0.7 Ge 0.3, фазы Лавеса (V 2 Zr). Особенность метода: нет плавления ни одного из компонент. В области контакта твердых фаз идет диффузия (и реакция) при таких высоких температурах.

Порошковый метод получения ВТСП 1. Порошок Y 2 O 3 + BaO (или BaCO 3 ) + CuO. 2. Толочь (мельница) перемешать. 3. Осушка: 600 о С. 4. Спекание: 950 о С 2-24 ч. Идет твердофазная реакция. 5. Перемол спекание (так 2-3 раза). 6. Сжать (пресс): 2-3 тыс. атм. 7. Отжиг: 950 о С 24 ч. Часто делают в кислороде. 8. Медленное (100 о С/ч) охлаждение. Эта операция снимает напряжения

Метод селективной твердофазной диффузии («бронзовая технология») 1) Стержни из Nb вставляют в матрицу из сплава меди с оловом (бронзу) 2) Протяжка в проволоку + термообработка. При этом идет селективная диффузия олова в ниобий, и образуется на поверхности стержней соединение Nb 3 Sn. 3) Толщина слоя Nb 3 Sn зависит от состава матрицы, температуры, времени отжига. Типичная толщина ~1 мкм Очень удобен для создания многожильных сверхпроводников (кабель)

Химические методы На примере YBa 2 Cu 3 O 7.: Раствор нитратов Y, Ba, Cu (соли азотной кислоты HNO 3 =Ba(NO 3 ) 2 и др.). Смесь (может быть раствор в воде). Осаждение (с помощью щавелевой кислоты) или выпаривание раствора. Сушка и разложение осадка (600 о С). Пресс (~1 катм). Отжиг в кислороде (950 о С). Делается 3-4 перемола. Другие исходные химические соединения: -соли уксусной кислоты; -металлоорганические соединения (карбоксилаты); -алкоголяты и др.