一种高纯度Bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法与流程

本发明属于bi-2212高温超导材料制备，具体涉及一种高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法。

背景技术：

1、bi2sr2cacu2o8+δ（简称bi-2212）高温超导材料具有较高的临界温度与优异的强磁场载流特性，在高场超导磁体、粒子加速器磁体、核聚变超导线圈等核心装备中具有不可替代的应用前景。bi系超导体中bi元素的高温活性较强，在常规的850～875℃烧结温区内易发生表面蒸发与晶界扩散逃逸。前驱粉末常规制备工艺将粉末松散铺开直接烧结，其堆积结构疏松、内部连通气孔较多、比表面积大，为bi元素扩散提供了充足通道。

2、bi元素大量挥发扩散后，粉体局部元素比例失衡，形成富bi缺ca微观区域，极易优先形核并析出bi2sr2cuo6+δ（简称bi-2201）相。bi-2201是低临界温度的非超导杂相，不仅破坏bi-2212基体晶粒间的晶体匹配性，还会诱发晶界弱连接效应，显著降低材料临界电流密度，恶化超导输运性能与结构热稳定性。

3、现有研究多集中于烧结温度、氧分压调控及元素掺杂改性，尚未从前驱粉末成型致密化角度，从源头封堵bi元素挥发通道、抑制微观成分偏析、减少bi-2201相生成，以此来提升bi-2212超导材料前驱粉末纯度。因此，开发一种工艺简洁、易于工业化适配、可显著降低bi-2201相含量、提升前驱粉末纯度的致密化烧结工艺，具有重要的工程价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，通过前驱粉末高压压片预致密化，再经过高温烧结，从而抑制bi元素高温挥发、减弱元素微观成分偏析、有效降低bi-2212基体中bi-2201相含量。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，包括以下步骤：

4、s1，按照一定化学计量比准确称量所需原材料，制备bi-2212前驱溶液，然后制备高均匀性、高活性的bi-2212前驱粉末；

5、s2，将s1中制备的前驱粉末进行高压模压致密化，形成致密生坯；

6、s3，将s2中得到的致密生坯进行高温烧结，得到低bi-2201相高纯度bi-2212装管粉末；

7、s4，将s3中得到的装管粉末使用pit法制备bi-2212超导线材；

8、s5，将s4中得到的超导线材进行高压烧结处理，最终得到具有高载流性能的bi-2212超导线材。

9、优选的，所述s1中，bi-2212前驱溶液采用硝酸盐混合法配制，其中，bi、sr、ca、cu的原子比为2.17 : 1.94 : 0.89 : 2.00，且获得的前驱溶液各元素含量误差不超过3%。

10、优选的，所述s1中，前驱粉末采用喷雾热分解技术制备。

11、优选的，所述s2中，所述s2的具体步骤为：将s1中前驱粉末装入硬质合金模具中，采用单向模压成型工艺制备，压力控制为15～35 mpa，保压静置时间3～10 min；调控成型工艺参数，使所得片状或柱状生坯相对致密度维持在80%～90%，形成颗粒紧密堆积、气孔闭合度高的致密生坯结构。

12、优选的，所述s3中，高温烧结工艺具体为：烧结次数2次；每次以5～10℃/min匀速升温至830～860℃，保温10～12 h；烧结完成后随炉冷却至室温；每次烧结气氛为空气或氧气。

13、优选的，所述s4中，pit法具体步骤为，将s3所得装管粉末在真空环境下装入一定尺寸的银管中并将银管两端密封，结合多次拉拔、组装工艺，制备得到超导性能优异且均匀的bi-2212超导线材。

14、本发明的有益效果在于：

15、1、本发明通过前驱粉末高压压片预致密化，封堵了bi元素挥发扩散的通道，弥补了现有松散粉末烧结过程中，内部连通气孔发达、比表面积大、高温下bi原子易沿颗粒表面与气孔通道发生气相逃逸等缺陷。经高压压片后的颗粒界面紧密贴合，大开孔及连通气孔大量闭合，比表面积大幅下降，从而显著缩减了bi元素挥发与扩散路径，有效抑制bi元素高温挥发损失。

16、2、本发明通过前驱粉末高压压片预致密化，在抑制了bi元素高温扩散逃逸的同时，弱化了粉末内部的微观成分偏析，有效消除体系内富bi缺ca微观偏析区域，从成分根源层面抑制了bi-2201相的形核过程，显著降低了前驱粉末中bi-2201非超导相的含量，提升bi-2212相的纯度。

17、3、本发明通过驱粉末高压压片预致密化降低了前驱粉末中bi-2201相含量，使微观结构中bi-2212晶粒结晶度提升、晶格完整性改善，晶界弱连接效应被有效弱化，降低了bi-2212层状晶格高温失稳及向bi-2201相相变分解的趋势，维持了目标超导相的结构稳定性，从而在一定程度上提升超导材料的低温载流性能。

18、4、本发明的前驱粉末压片致密化工艺无需真空及特殊保护气氛，无需额外掺杂改性，仅通过模压成型并配合高温烧结即可实现第二相抑制，设备适配性强、工艺简洁、成本低、适合工业化批量生产，对加速推进bi-2212超导材料在高场磁体中的工程化应用有重要意义。

1.一种高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，其特征在于，所述s1中，bi-2212前驱溶液采用硝酸盐混合法配制，其中，bi、sr、ca、cu的原子比为2.17 :1.94 : 0.89 : 2.00，且获得的前驱溶液各元素含量误差不超过3%。

3.根据权利要求1所述的高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，其特征在于，所述s1中，前驱粉末采用喷雾热分解技术制备。

4.根据权利要求1所述的高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，其特征在于，所述s2中，所述s2的具体步骤为：将s1中前驱粉末装入硬质合金模具中，采用单向模压成型工艺制备，压力控制为15～35 mpa，保压静置时间3～10 min；调控成型工艺参数，使所得片状或柱状生坯相对致密度维持在80%～90%，形成颗粒紧密堆积、气孔闭合度高的致密生坯结构。

5.根据权利要求1所述的高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，其特征在于，所述s3中，高温烧结工艺具体为：烧结次数2次；每次以5～10℃/min匀速升温至830～860℃，保温10～12 h；烧结完成后随炉冷却至室温；每次烧结气氛为空气或氧气。

6.根据权利要求1所述的高纯度bi-2212超导材料前驱粉末的制备方法，其特征在于，所述s4中，pit法具体步骤为，将s3所得装管粉末在真空环境下装入一定尺寸的银管中并将银管两端密封，结合多次拉拔、组装工艺，制备得到超导性能优异且均匀的bi-2212超导线材。