超导陶瓷
高温超导陶瓷材料的实验研究
ｋ ． ｎ
采用 的原 料 是 Ｔ ｏ ， ａ） ａ 及 Ｃ Ｏ． ｂ ３Ｂ ｔ，ＣＯ ＇ ｕ 铊 钡钙 铜 氧体 系的配料 和压 片 与钇钡铜 氧体 系 的过 程差 不 多 ， 只不过其 配料摩 尔 比为 ｒＴ１：（ ａ ： （ ） ｒＢ ） ｒ Ｃ ） ｒ（ ｕ ＝ １ １ ： （ ａ ： Ｃ ） ： １ ３或 １ １ ： ， 压 为 ： １ ２ 加
响． 通过 ｘ射线衍射 分析 及扫描电镜 观测 ， 确定了该 样品为钙钛矿 结构 ， 并获得 了零 电阻 为 ９ Ｋ 的高 温超导 ８
陶瓷 材料 ， 它具 有 良好 的抗 磁性 同时 ， 还探 讨 了烧制 ＴＢ ｅｃ ２ ｓ 新 体 系的 工 艺 条件 ， 得 了零 电阻 为 【ａ ｕｏ ， 获 １６ ５Ｋ Ｔ 系超 导陶瓷材料 ， １ ． 的 【 该材料具 有 良好 的抗磁性
３× １ ４× １ Ｎ ０～ ０
ｂ 气 中淬 火样 品 外 观较 冰 水 中淬 火样 品 ．空 稍 浅较致 密 ， 面上 略灰 白 ， 底部 的 棕色物较 冰水 中 淬火 样品 少 ， 色 也 浅 其 电 阻 一 面 为 ６０ｎ（ 颜 ０ 底
面） 另一 面约 为几 百 ｎ ， 多次按 ｒ Ｔ１： （ ａ ： （ ａ ： （ ） １ １： （ ） ｒ Ｂ ） ｒ Ｃ ） ｒ Ｃｕ ＝ ：
品室 温 电阻大 约为 ２ ２ｋｌ 右 ｉ左 ＇
１１ ． １ 钇钡铜 氧体 系 所 用 原 料 为 Ｙ２ ３ 质 量 分 数 为 ９ ．９％） ｏ（ ９９ ， Ｂ （ Ｏｓ２（ ａＮ ） 质量 分数为 ９ ．０％） Ｃ Ｏ（ ９５ 和 ｕ 质量 分 数为 ９ ．０ ％） 样 品 中 的 金 属 元 素 摩 尔 比 为 ９ｏ ，
超导陶瓷
在价格方面， 在价格方面，超导陶瓷材料比一般的陶瓷 材料要高一些， 材料要高一些，所以未来的发展道路上应尽量 减少原料的成本，使成品价格比较低廉。 减少原料的成本，使成品价格比较低廉。
随着更多超导陶瓷的发现，超导陶瓷已经在日常生活 和科研中扮演着不可替代的角色，它们被有效用作电子 和工程材料，供人们创造新产品和新工艺。对于许多基 本的和高技术的器件和设备来说，高性能的材料只占不 到10%的成本，然而它们却是决定因素，往往会限制整 个技术的发展速度。于是，如美国、日本 等经济强国、科技大国争相研发新型超导陶瓷，使之趋 于商品化、市场化。而中国等发展中国家也积极从国外 引进技术，将超导陶瓷的研发纳入科技发展的项目。相 信这一技术的发展会极大的促进人类的进步，无论是经 济，还是科技，都将会迎来巨大的变革。 结论： 正因为超导陶瓷具有如此优越的性能和应用前景，人 类才投入大量的人力和物力对其进行更深层次的探索。 相信伴随人类智慧的升级，这一领域的研究途径必将趋 于平坦。
超导陶瓷工艺中，最大的问题是确定烧结制度。 在YBa2Cu3O7超导陶瓷工艺中，最大的问题是确定烧结制度。 实际上，YBa2Cu3O7较难烧结，且高温下不一致熔融，呈现分 实际上， 较难烧结，且高温下不一致熔融， 解熔融，往往加入少量烧结助剂， 解熔融，往往加入少量烧结助剂，但这样会使超导材料的特性 变差，所以有必要改善粉体的特性和想选择适当的烧结制度。 变差，所以有必要改善粉体的特性和想选择适当的烧结制度。
二、超导陶瓷的制备方法
a.固相法：含直接加工粉末法、护套法、粘接剂法 （固相反应，扩散析出） b.液相法：熔融体急冷法、溶媒法、有机酸盐法、 溶胶法（即将粉末溶入媒中） c.气相法：含溅射法（需薄膜优异，蒸镀缓慢）和 化学蒸镀法（速度快）
超导陶瓷的应用
由于一切物质都具有抗磁性或顺磁性，因此可以利用超导体进行选矿 和探矿等。 4、医药卫生方面 生物体大都具有抗磁性，少数是顺磁，还有极少数是强磁性，可利用 超导体作废水处理，以除去细菌、病毒和重金属等毒物。比如医学上可把磁 分离用于将红血球从血浆中分离出来。 5、环保方面 在环保方面可以利用超导体对造纸厂、石油化工等的废水进行净化处 理。 6、高能核实验和热核聚变方面 ①利用超导体的强磁场，使粒子加速以获得高能粒子，以及利用超导 体制造探测粒子运动径迹的仪器。
②使用大体积高强度超导磁体，可以用于约束带电粒子的活动范围。 比如受控核聚变研究产生的极端高温体就是用超导磁场约束在磁笼中。 7、电子工程方面 ①利用超导体的特性，可以提高电子计算机的运算速度和缩小体积。 ②还可以制成超导体的器件，如超导二极管，超导量子干涉器，超导 场效应晶体管等。用 Y-Ba-Cu-O 系超导做成的天线和发射机，其灵敏度是同 样尺寸的铜天线的十几倍。
由于超导陶瓷的电阻为零，因而没有热损耗，可以制造大容量、高效 率的超导发电机及磁流体发电机等。 2、交通运输方面 ①超导磁悬浮列车 由于超导陶瓷的强抗磁性，可使磁悬浮列车靠磁力在铁轨上“漂浮”滑 行，利用超导磁体与路基导体中的感应涡流之间的磁性排斥力把列车悬浮起 来，具有速度高、运行平稳、无噪声、安全可靠等特点。 ②超导电磁性推进器和空间推进系统 例如船舶电磁推进装置，其推进原理为：在船体内部安装一个超导磁 体，于海水中产生强大磁场，同时在船体侧面放一电极，在海水中产生强大 电流。在船尾后的海水中，磁力线和电流发生交互作用，使海水在后面对船 体产生了强大的推动力。 3、矿冶方面
超导陶瓷的应用
超导陶瓷的应用 1、电力系统方面 ①输配电 根据超导陶瓷的零电阻特性，可以无损耗地远距离的输送极大的电流 和功率。 ②超导线圈 超导陶瓷结合线圈制成超导储能线圈，用其制成的储能设备可以长期 无损耗地储存能量，而且直接储存电磁能。 ③超导发电机
超导陶瓷
超导现象
材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转 变温度(Tc)。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。
超导陶瓷是具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温 度下电阻为零即所谓零阻现象。在磁场中其磁感应强度为零，即抗磁 现象或称迈斯纳效应（Meissner effect）。
➢ 迈斯纳效应是材料出现超导性的一个重要判据，也是诸多应用如超导 磁屏蔽、磁悬浮等的理论基础。
➢ 由迈斯纳效应超导性可表述为：在温度降至Tc以下，材料的电阻和体 内磁感应强度都突然变为零的现象。
超导陶瓷应用
电力系统方面
输配电 根据超导陶瓷的零电阻的特性，可以无损耗地远距离的输
送极大的电流和功率。
环保和医药方面
在环保方面可以利用超导陶瓷的强磁性对造纸厂、石油化工 厂等的废水进行净化处理，以达到清除废水中重金属离子、细 菌、病毒等物质可以利用超导体作废水处理。生物体大都具有 抗磁性，医学上可把磁分离用于将红血球从血浆中分离出。
医学上的超导陶瓷材料
西门子超导高端磁共振扫描仪
超导陶瓷最早是1986年由设在瑞士苏黎世的美国IBM 公司的研 究中心发现，是一种氧化物(镧 -钡-铜-氧)陶瓷超导体，临界温度为 30K。
至1987年底美国的盛正直和荷曼(Herman)发现了铊-钡-钙-铜-氧 系统陶瓷超导体，临界超导温度的记录提高到125K。
日本鹿儿岛大学将稀土La掺加到Sr、Nb氧化物中所制成的陶瓷薄 膜，在255K即发生超导现象。
交通运输方面
超导磁悬浮列车
制造超导磁悬浮列车，由 于超导陶瓷的强抗磁性，磁 悬浮列车没有车轮，靠磁力 在铁轨上“漂浮”滑行，它 是利用超导磁体和路基导体 中感应涡流之间的磁性排斥 力把列车悬浮起来，具有速 度高，时速可达400-500 km/h，运行平稳，无噪声， 安全可靠等特点。
功能陶瓷的简单介绍
功能陶瓷一、功能陶瓷的简介功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息。
因此，说它们多才多能一点都不过分。
它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶瓷。
常见的功能陶瓷有压电陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、化学陶瓷等。
此外，还有半导体陶瓷、绝缘陶瓷、介电陶瓷、发光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推进剂陶瓷、太阳能光转换陶瓷、贮能陶瓷、陶瓷固体电池、阻尼陶瓷、生物技术陶瓷、催化陶瓷、特种功能薄膜等，在自动控制、仪器仪表、电子、通讯、能源、交通、冶金、化工、精密机械、航空航天、国防等部门均发挥着重要作用。
二、功能陶瓷的制备1、配料：根据配方（化学反应的配比）和生产需要的数量计算出各种原料所需的质量。
用天平称取各原料。
为使后面的化学反应顺利进行，原料的颗粒尽量小些（不要超过2 m，最好为纳米粉），纯度要高。
对于配料中用量多的原料，最好先清除其中的有害杂质。
2、混合：通常使用转动球磨机或振动球磨机进行，有用干法的，也有用湿法的，所用的球大多是玛瑙球。
用球磨法不但可以混合，同时还可以使原料颗粒进一步被粉碎。
球磨要足够长时间以使各成分原料均匀混合，最大限度地彼此接触，以利于后面的化学反应。
当然，混合也可以采用其它方法，只要达到各原料的均匀混合就行。
3、预烧：混合好的料进行预烧，目的是让各成分间进行化学反应，生成目标化合物。
不同的化学反应有不同的条件（温度、压力、气氛等）要弄清这些条件。
4、粉碎、成型：将预烧后的材料粉碎是为了成型。
成型是按使用要求将材料做成某种特定形状的坯体。
成型根据不同要求可以采用模压、轧膜等方式。
为便于成型，成型前通常要在粉碎的料中加入某种粘合剂。
常用粘合剂的配方及重量比为：聚乙烯醇15%，甘油7%，酒精3%，蒸馏水75%；在90℃下搅拌溶化。
超导陶瓷
1 、1911年荷兰物理学家卡麦琳· 翁纳斯(Kamerlingh· Onnes)
研究水银在低温下的电阻时，发现当温度降低至4.2K以下， 水银的电阻突然消失，呈现超导状态。后来又陆续发现了 十多种金属（如Nb、Tc、Pb、La、V等）都有这种现象。 尔茨（J.G.Bednorz）和米勒（K. A. Miller）成功地合成氧 化物陶瓷超导体，临界温度一下突破30K，从而掀起了超 导始上，也是物理学始上的发展浪潮。 于在超导陶瓷材料研究中作出重大突破而获得诺贝尔物理 学奖。
Bi－Sr－Ca－Cu－O； Tl－Ba－Ca－Cu－O；
钇系超导体特性
目前研究最多、最透彻的氧化物超导 优点：由于该系统中只是一个超导相，便于获
得纯的123相，甚至于单晶123相样品，而且制
备也较为方便。
缺点：其临界转变温度过于接近介质（液氮）
温度（77K），化学稳定性较差，易与空气中
由迈斯纳尔效应超导性 可表述为： 在温度降至Tc以下 ，材料的电阻和体内磁 感应强度都突然变为零 的现象。
三、超导陶瓷的制备工艺
主要有两种制备方法： 固相烧结法 、液相烧结法
还有合金高温氧化法、自蔓延合成法、熔融织构
法、溶胶凝胶法等。
固相烧结法 ：
工艺关键：
烧结制度：烧结温度波动不可超过1000℃，降温缓慢，在500 －600℃需维持较长时间氧气氛(可保温)。烧结气氛一般为氧气，流
的水反应而失超
超导体的分类
（1）从材料来分，可分为三大类，即元素超导体、合金或化合物超
导体、氧化物超导体（即陶瓷超导体）。 （2）从低温处理方法来分，可分为液氦温区超导体（4.2K以下）， 液氢温区超导体（20K以下），液氮温区超导体（77K以下）和常温 超导体。
超导陶瓷的原理与应用
超导陶瓷的原理与应用一、超导材料的概述超导材料是指在一定温度下具有零电阻和完全排斥外磁场的材料。
超导材料的发现和应用对于电磁学和电子学领域有着重要的意义。
超导材料可以分为低温超导材料和高温超导材料两大类。
本文主要介绍高温超导材料之一：超导陶瓷。
二、超导陶瓷的基本原理超导陶瓷是指以陶瓷材料为基体的超导材料。
它的基本原理可以用以下几点来解释：1.电子对的形成：在低温下，超导材料中的电子会形成“库珀对”，这是由于电子之间的相互作用导致的一种配对，其中一个电子处于自旋向上的状态，另一个电子处于自旋向下的状态。
这种配对使得电子在材料中的运动变得准确和有效。
2.零电阻：由于库珀对的存在，超导材料在超导状态下具有零电阻。
当电流流经超导材料时，电子的运动是无阻力的，从而减少了能量的损耗，电流得以无限制地流过。
3.完全排斥外磁场：在超导状态下，超导材料会将外磁场完全排斥出材料内部，这被称为“迈斯纳效应”。
这是因为外磁场会破坏库珀对的形成，从而破坏超导状态。
三、超导陶瓷的应用领域超导陶瓷凭借其优秀的超导特性，在许多领域得到了广泛的应用。
下面列举了几个主要的应用领域：1.磁共振成像（MRI）：超导材料常被用于大型医疗设备中，如磁共振成像仪。
超导材料的零电阻特性可确保强大的电流通过线圈，产生更强的磁场，从而提高成像的精度和质量。
2.加速器和储能环：超导陶瓷也被应用于粒子加速器和储能环中。
超导材料的高电流密度和零电阻特性使得加速器和储能环能够更高效地工作，并节约能源。
3.超导电缆：超导陶瓷可用于制造超导电缆，这种电缆能够传输更大的电流而不损耗能量。
超导电缆被广泛应用于高性能计算机、电力输电以及电力系统中。
4.超导磁体：超导陶瓷常被用于制造超导磁体，如超导磁体用于磁悬浮列车和核磁共振装置中。
超导磁体的高磁场强度和稳定性使得这些设备能够更好地工作。
5.磁 levitation：超导陶瓷的零电阻和完全排斥外磁场的特性使得其被应用于磁 levitation 技术中。
2024年超导陶瓷市场前景分析
2024年超导陶瓷市场前景分析超导陶瓷是一种具有超导性能的陶瓷材料，具有极低的电阻和磁场强度，被广泛应用于能源、电子、医疗等领域。
本文将对超导陶瓷市场的前景进行分析。
1. 市场概述超导陶瓷作为一种具有重要应用前景的材料，市场需求日益增长。
其在能源领域的应用，尤其是在电力输配、储能等方面，具有广阔的市场空间。
此外，超导陶瓷在电子领域的应用也日趋重要，如量子计算、高速数据传输等。
2. 市场驱动因素超导陶瓷市场的快速发展有以下几个驱动因素：技术进步超导陶瓷材料的研发和制造工艺不断提升，使得材料的超导性能得到了极大的改善。
新材料的问世使得超导陶瓷在更多领域中得以应用，同时也为市场创造了更大的机会。
能源需求能源是维持社会经济发展的基础，而超导陶瓷在能源领域的应用可以提高能源传输和储存的效率。
随着全球对能源安全和环境保护的日益关注，超导陶瓷在能源行业的需求将继续增长。
电子行业的发展随着电子行业的快速发展，对高性能材料的需求越来越高。
超导陶瓷作为一种具有优异电学性能和导磁性能的材料，能够满足电子行业对于高性能材料的需求，因此在电子行业的应用前景广阔。
3. 市场挑战超导陶瓷市场发展面临一些挑战：价格因素目前，超导陶瓷的制造成本较高，价格也较贵，限制了其在市场中的广泛应用。
超导陶瓷制造工艺的进一步改进和降低材料成本将是市场发展的关键。
技术壁垒超导陶瓷的研发和制造技术相对复杂，需要高水平的科研力量和设备，技术壁垒较高。
因此，技术创新和技术交流的加强至关重要。
市场政策大型超导陶瓷项目的落地和推广需要政府的支持和配套政策。
相关的政策、法规和标准的制定将直接影响市场的发展。
4. 市场前景尽管超导陶瓷市场发展面临一些挑战，但其前景依然看好：应用潜力巨大超导陶瓷在能源、电子、医疗等领域都具有广泛的应用潜力。
随着技术进步和市场需求的增长，超导陶瓷在这些领域的应用前景仍然广阔。
政策支持政府对于高新技术领域的支持力度逐渐增大，加大了超导陶瓷市场发展的政策支持。
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电泳沉积法：指在稳定的悬浮液中通过直流电场作用，胶体
的粒子沉积成材料。
电泳沉积法制备YBaCuO膜工艺研究
+
烧杯 丙酮 银片 Ni片 磁搅拌子 电磁搅拌器
1、各参数对电泳沉积的影响
1、各参数对电泳沉积的影响
2、热处理温对膜厚度的影响
3、YBaCuO沉积膜的性能
电流密度在1.408A/cm3 ~19.50A/cm3
可引入熔融工艺增加膜的结晶性能。
4、结论
1、最佳c YBaCuO=0.3g/L, cI2=25mg/L, E=110V, T=930℃×4h
2、电泳沉积法所制得YBaCuO体膜的临界电流密度，可引入
YBaCuO体超导理论 电声子理论
认为在超导体内两电子间由于交换声子而产生了
吸引作用，当这种吸引作用大于电子本身的库伦排
斥作用时，两电子就形成电子对引起超导性。
激子理论
认为由于电子系统的极化所导致的能量激发。
YBaCuO体超导理论 共振价键理论
认为电荷与自旋自由度分离，在相邻原子上，自 旋相反的两轨道电子形成共价键，而这些共价键可 以在两个以上的位置之间共振。
介绍
超导电性：在超低温度下失去电阻的性质； 超导体：具有超导性质的物质。 基本特征：（1）超导电性
（2）完全抗磁性：超导体处于外界磁场中，磁 力线无法穿透，超导体内的磁通为零。
影响因素：温度、磁场和电流密度，这些条件的上限分别称
为临界温度(Tc)、临界磁场(Hc)和临界电流密度(Ic)，从实用 化要求是如何提高这三个物理特性。
超导陶瓷
——Superconductivity ceramics
发展
1911年，荷兰，卡麦林﹒翁奈斯，当温度降至4.2k时水银表现出 超导现象； 1961年，首次将Nb3Sn做成实用螺管； 1969年，制成了热磁稳定性良好的超导纤维； 1973年，发现Nb3Ge超导合金，但是其超导临界温度也在 23.2k； 1986 年，瑞士、美国和中国相继发现了临界温度为 30k 、 36k 、 48.6k的超导体； 1987 年 10 月 14 日，瑞士苏黎世研究所的两位物理学家米勒和贝 德尔茨获得了诺贝尔物理学奖，掀起了一股超导热； 1988年至今：一系列具有较高超导临界温度的材料被发现； 1993 年 ： Chu CW 在 高 压 下 合 成 了 临 界 温 度 高 达 164K 的 HgBaCaCuO 高温超导体； 2011年 6月25日，清华大学物理系薛其坤、陈曦及中国科学院物 理研究所马旭村等科学家近日制造出超高质量的铁硒超导单晶薄 膜……
熔融工艺增加膜的结晶性能。
Thank you for your attention!
介绍
分类：
按材料：元素超导体
合金或化合物超导体 氧化物超导体(即陶瓷超导体)
按低温处理方法：液氦温区超导体(4.2K以下)
液氢温区超导体(20K以下) 液氮温区超导体(77K以下) 常温超导体
应用
超导陶瓷
YBaCuO体
英文名称：YBCO
中文名称：钇钡铜氧 化学式：YBa2Cu3O7
YBCO为钙钛矿缺陷型层状结构，含 有 CuO-CuO2-CuO2-CuO 交 替 的 层 ， CuO2层可以有变形和皱褶。Y原子存在 于 CuO2 和 CuO2 层中， BaO 层则在 CuO
其他理论
双成分理论；Nesting模型；反铁磁费米液体模
型；自旋口袋模型；任意子模型等等。
YBaCuO膜制备方法
脉冲激光沉积法：利用激光对物体进行轰击，将轰击出来的
物质沉淀在不同衬底上得到薄膜；
磁控溅射沉积法：低气压下进行高速溅射，通过在靶阴极表
面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来增加溅射率；
金属有机物化学气相沉积法：将载流子通过有机金属反应
与CuO2两层之间。
YBa2Cu3O7-σ
σ = 0；
σ= 0.5；
σ= 1；
YBaCuO体超导理论
BCS理论
把超导现象看作一种宏观量子效应，认为电子之
间如果存在电子与晶格相互作用产生的吸引力大于 电子间的库伦排斥力而使电子间呈现一种净的吸收 作用，那么它们就能够形成一种束缚状态，这种束 缚态时两个电子组成电子对偶，称之为库柏对，库 柏对对超导电流的形成起决定性作用。