Способ получения монокристаллов

 

Использование: в области электронной промышленности для получения высокотемпературных сверхпроводников-ВТСП. Способ включает выращивание монокристаллов YBa₂Cu₃O_7-б (К) из раствора-расплава состава (мас. % ) : BaCu₂O₂ 60 - 95 и CuO 5 10. Температура процесса 820 - 830С. Получены К размером 550,01 мм³.

Изобретение относится к области получения высокотемпературных сверхпроводящих монокристаллов, в частности YBa₂Cu₃O_{7 -} , которые могут быть использованы в электронной промышленности для изготовления приборов, работающих при температуре жидкого азота.

Известен расплав для синтеза монокристаллов YBa₂Cu₃O_{7 -} , в качестве компонентов которого используют смесь Y₂O₃, BaCO₃, CuO, BaCO₃ и CuO берут в соотношении Ba: Cu от 2: 5 до 3: 5, отношение количества Y 1: 23 к (ВаСО₃ + СuO) от 1: 9 до 1: 23 в присутствии добавок Bi₂O₃ ( 5 мас. % ) и В₂О₃ ( 2 мас. % ) в тиглях из Al₂O₃, MgO, ZrO₂Pt или Au [1] . Процесс проводят при отжиге расплава 5 ч при 1030-1060^оС с последующим медленным охлаждением 1-4 град/ч до 880^оС; 12 град/ч до 500^оС. Получены двойниковые монокристаллы в виде пластин толщиной 10-30 мкм площадью до 40 мм². Последующий отжиг кристаллов в токе О₂ при 380-400^оC в течение 7 дней делал образцы сверхпроводящими с Т_с = 60-82 К.

Недостаток расплава - высокие температуры синтеза монокристаллов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является расплав для получения монокристаллов YBa₂Cu₃O_{7 -} , включающий купрат бария состава BaCuO₂ и оксид меди CuO [2] .

Получение монокристаллов размером 5 х 5 х 0,1 мм³ осуществлялось из раствора-расплава CuO-BaCuO₂ в тиглях с добавлением в расплав исходной шихты: 0,012 Y₂O₃ 0,268 ВаО) 0,707 CuO; температурный режим кристаллизации: нагрев до 1050^оС, выдержка 5-15 ч, охлаждение 1-6 град/ч до 900^оС, после чего производят слив жидкой части раствора с дальнейшим охлаждением 20-50 град/ч до 400^оС. Послеростовая кислородная термообработка полученных кристаллов осуществлялась при 650-400^оС в течение 1-7 дней.

Недостаток известного решения - высокие температуры синтеза монокристаллов.

Цель изобретения - снижение температуры процесса.

Цель достигается тем, что расплав для синтеза монокристаллов YBa₂Cu₃O_{7 -} , содержит купрат бария состава BaCu₂O₂ (60-95 мас. % ) и оксид меди CuO (5-40 мас. % ).

Сущность изобретения состоит в том, что готовят смесь из BaCu₂O₂ (60-95 мас. % ) и оксида меди - остальное, помещают ее в тигель из Al₂O₃, Pt или Au, вносят в указанную смесь YBa₂Cu₃O_{7 -} , и нагревают содержимое тигля до температуры 810-850^оС, при которой BaCu₂O₂ и CuO образуют расплав-растворитель для YBa₂Cu₃O_{7 -} , выдерживают определенное время, проводят регулируемое охлаждение и окислительный отжиг полученных монокристаллов.

Снижение BaCu₂О₂ до менее 60% или то же самое, что повышение содержания CuO более 40% , приводит к заглушению расплава за счет присутствия избытка оксида меди, что требует повышения температуры синтеза монокристаллов до 1000^оС. Повышение содержания BaCu₂O₂ до более 95 мас. % или то же самое, что понижение содержания CuO до менее 5% , также требует повышения температуры синтеза монокристаллов до 1000^оС за счет отсутствия расплава в заявленной системе.

Синтез монокристаллов YBa₂Cu₃O_{7 -} может быть осуществлен добавлением в расплав как исходного порошка YBa₂Cu₃O_{7 -} , так и Y₂O₃, однако в последнем случае для сохранения расплава и низких температур синтеза необходим большой избыток расплава по отношению к Y₂O₃ (не менее 10: 1 соответственно).

П р и м е р 1. Готовят 10 г смеси, содержащий 7 г (70 мас. % ) порошка BaCu₂O₂ и 3 г (30 мас. % ) порошка CuO, помещают ее в тигель из Al₂O₃, добавляют 2 г порошка YBa₂Cu₃O_{7 -} , с размерами частиц < 10 мкм, помещают в муфельную печь, нагревают содержимое тигля до 820^оС, при которой ВаСu₂O₂ и CuO образуют расплав-растворитель для YBa₂Cu₃O_{7 -} , выдерживают при указанной температуре 4 часа, затем снижают температуру до комнатной в течение трех часов. Из расплава кристаллизуются монокристаллы с размерами 5 х 5 х 0,1 м³, которые после извлечения из расплава отжигают в окислительной среде при 500^оС в течение 10 ч и получают для них Т_с = 96 К.

П р и м е р 2. Монокристаллы близких размеров 5 х 5 х 0,15 мм³ получают из расплава состава BaCu₂O₂ (40 мас. % ) и CuO (60 мас. % ) с добавлением к нему исходной шихты 0,012 Y₂O₃ (0,268 ВаО) 0,707 CuO при температуре 825^оС с выдержкой в течение трех часов и охлаждением в течение двух часов.

П р и м е р 3. Монокристаллы размерами 5 х 4,9 х 0,049 мм³ получают из 20 г расплава состава: BaCu₂O₂ (95 мас. % ) и CuO (5 мас. % ) с добавлением к нему 2 г Y₂O₃ с выдержкой при 830^оС в течение трех часов и охлаждением в течение 2,5 ч.

Таким образом, предложенный расплав позволяет снизить температуру синтеза монокристаллов с 1050 до 820-830^оС и общее время синтеза до 5-7 ч по сравнению с 10-12 для известного.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ Y Ba₂Cu₃O_7- из раствора в расплаве, содержащем оксид меди и купрат бария, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры процесса, в качестве купрата расплав содержит купрат бария при следующем соотношении компонентов, мас. % : Купрат бария (BaCu₂O₂) 60 - 95 Оксид меди (CuO) 5 - 40