高温超导材料制备工艺    (processes for HTS materials)

已制备出的高温氧化物超导体主要有单晶、多晶块材、金属复合材料和薄膜等。它们的制备方法各不相同。

单晶制备     通常是借助助熔剂熔化，再通过慢降温结晶生长。例如，YBa₂Cu₃O_y，单晶制备工艺的主要过程是：以YBa₂Cu₃O_y 、BaCuO₂及CuO为原料，按一定成分进行配比混合，放入坩埚中，在氧气氛中加热到970～1020℃，然后以每小时下降5～20℃的速度降温至400℃，再随炉冷却。这里的BaCuO₂及CuO是助熔剂，起降低熔化温度和增加液体流动性的作用。YBa₂Cu₃O_y晶体在慢降温中生长。

多晶块材制备     

主要有两类方法。

(1)烧结法(固相扩散反应)：把设计好的按名义配比的金属氧化物粉末充分混合均匀，压制成一定的形状，置于空气或流通氧气氛中加热至一定的温度并保温一段时间，然后冷却到室温。通常样品的烧结温度不高于氧化物配料中熔点最低者。一般来说，氧化物的纯度、颗粒大小、混合的均匀程度、样品成型条件、炉内气氛、升降温速度及保温时间等，都对样品的质量有影响。即使选用高纯度的氧化物严格配料，用烧结法制备的样品往往都含有不同程度的非超导相。这些非超导相通常是分布在晶界上，阻碍超导电流的通过，造成“弱连接”。这是该方法的不足之处。用烧结法制备的样品，J_s值一般只能达到10³A／cm²(77K，0T)，并且随外加磁场的增大呈指数衰减。

(2)熔化法：能够使晶体取向排列，改善晶界，抑制“弱连接”，所制备的样品J_c可以达到10⁵A／cm²(77K，0T)。熔化法主要用于制备高J_s钇系块材，典型的工艺方法有熔融织构(MTG)法(美国)、液相处理(LPP)法(美国)、淬火熔化生长(QMG)法(日本)和粉末熔化处理(PMP)法(中国)4种。其中PMP工艺在克服“弱连接”的同时，能够引入有效的磁通钉扎中心，使载流能力大幅度提高。另外，用熔融的方法制备Bi系2212材料也取得了成功。

金属复合材料制备    

为使超导体在强电领域应用，在需要高载流能力的同时，还要求超导材料具有一定的强度和稳定性。对氧化物超导体而言，制备金属复合材料非常必要。最常用的方法是粉末套管法，即把氧化物粉末装入金属管中，通过挤压、轧制、拉拔、静压等加工及相应的热处理(温度与固态烧结法相近)，就可以制成金属复合线(或带)材。这种工艺通常采用银(Ag)作为金属基材。所制备的Y系／Ag超导体，J_s达到6×10³A／cm²(77K，0T)。但同烧结样品一样，晶界处仍存在“弱连接”。此外，它的弯曲性能也比较差。利用套管法制备的Bi系和Tl系Ag复合超导体，其中Bi系材料J_c已接近10⁵A／cm。(77K，0T)，并且在1T磁场中也达到10⁴A／cm²的水平。