再回收廢棄rebco超導(dǎo)體塊材的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種再回收廢棄REBCO超導(dǎo)體塊材的方法，屬于超導(dǎo)材料再生長回收方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于回收具有高包晶反應(yīng)溫度的REBCO塊材。
【背景技術(shù)】
[0002]自REBa2Cu3Ox(簡稱 REBCO、RE123、稀土鋇銅氧，其中 RE 選自 Y、Gd、Sm、Nd 等)超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來，因其完全抗磁性，高臨界電流密度和高凍結(jié)磁場等性質(zhì)所帶來的巨大商業(yè)潛能，如飛輪儲(chǔ)能，永磁體，磁懸浮力元件等，引起了人們廣泛的關(guān)注。然而，其過高的制備成本一直制約其發(fā)展，而昂貴的材料成本，如稀土元素粉末，銀、鉑貴金屬等是造成超導(dǎo)超導(dǎo)體塊材制備成本過高的因素之一。另外，REBCO塊材常規(guī)的熔融批量生長工藝的失敗率達(dá)30%，嚴(yán)重局限其大規(guī)模的利用。而這些恪融生長(Melt Textured Growth，簡稱MTG)失敗的廢棄REBCO塊材，若能加以再回收利用，其本身含有的材料資源將為減小制備成本帶來巨大功效。因此，為了追求更高的資源利用率、節(jié)約成本，如何再回收廢棄的REBCO塊材，一直是一個(gè)熱門的研究課題。
[0003]經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前再回收利用廢棄REBCO塊材，主要是使用重新粉碎碾磨處理和覆蓋新鮮粉末塊的方法。但是，此種處理方法都存在不足之處。重新粉碎碾磨處理廢棄REBCO塊體的方法耗能耗時(shí)，過程復(fù)雜；并且碾磨過程中需要使用各種化學(xué)試劑，使得回收后的粉末較新鮮粉末的性能有所下降；并且，在MTG過程中需要經(jīng)歷更高的溫度才能回收成功。覆蓋新鮮粉末塊的方法需要再消耗新鮮粉末，且處理過程仍有待簡化。
[0004]中國發(fā)明專利CN102703981A公開了一種基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材的方法，其先將廢棄的稀土鋇銅氧(REBCO)超導(dǎo)超導(dǎo)體塊材頂面磨平，然后以NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為熔融生長籽晶，將其整個(gè)廢棄的塊材連同籽晶一起放入爐中進(jìn)行MTG生長，從而實(shí)現(xiàn)廢棄REBCO塊材的再回收。然而根據(jù)熔融織構(gòu)法生長REBCO超導(dǎo)體塊材的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材由于多處自發(fā)形核的存在，往往導(dǎo)致超導(dǎo)體塊材內(nèi)部的組分分布不均，表現(xiàn)為:1)沿縱向分布，遠(yuǎn)離頂部籽晶的方向RE211組分越來越聚集，反之RE123組分越來越少；2)以自發(fā)形核的形核點(diǎn)為中心，遠(yuǎn)離該形核點(diǎn)的RE211組分越來越聚集，反之RE123組分越來越少。同樣，超導(dǎo)體塊材內(nèi)的用于抑制組分流失的稀土元素粉末，銀、鉑貴金屬等也存在相應(yīng)的組分偏失。可以設(shè)想，該專利中，先將廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材頂面磨平，勢(shì)必導(dǎo)致磨平后的REBCO超導(dǎo)體塊材再回收時(shí)的組分與原始先驅(qū)粉體的組分存在偏差，一方面偏離最優(yōu)化的組分配比，另一方面導(dǎo)致粉體材料的浪費(fèi)。另外，該方法往往適合于廢棄超導(dǎo)體塊材的籽晶不誘導(dǎo)或大量自發(fā)形核的情形，對(duì)于籽晶誘導(dǎo)區(qū)域較大，或自發(fā)形核集中在邊緣的情形，往往達(dá)不到很好的效果。
[0005]因此，探索更加經(jīng)濟(jì)有效的回收方法就變得很有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種再回收廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材，尤其是回收具有高包晶反應(yīng)溫度的REBCO塊材的方法，用于提供更經(jīng)濟(jì)有效的回收REBCO超導(dǎo)塊材方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種再回收廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一，將廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材置于生長爐內(nèi)進(jìn)行熱處理；
[0009]步驟二，對(duì)所述熱處理后的REBCO超導(dǎo)體塊材進(jìn)行頂面磨平處理；
[0010]步驟三，將頂面磨平處理后的所述REBCO超導(dǎo)體塊材置于生長爐中進(jìn)行頂部籽晶熔融織構(gòu)生長工藝，實(shí)現(xiàn)廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材的回收生長。
[0011]優(yōu)選地，所述熱處理為使所述廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材的溫度在1100°C?1300°C
內(nèi)保溫I?5小時(shí)，隨后隨爐冷卻至室溫。
[0012]進(jìn)一步地，所述頂部籽晶熔融織構(gòu)生長工藝包括以下步驟:
[0013]將籽晶放置在所述REBCO超導(dǎo)體塊材的磨平面的中心處，用做籽晶誘導(dǎo)生長；
[0014]將所述熱處理后的REBCO超導(dǎo)體塊材連同所述籽晶放入生長爐內(nèi)；
[0015]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第一時(shí)間內(nèi)升至第一溫度，保溫I?3小時(shí)；
[0016]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第二時(shí)間內(nèi)升至第二溫度，保溫I?3小時(shí)；
[0017]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第三時(shí)間內(nèi)降至第三溫度；
[0018]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第四時(shí)間內(nèi)降至第四溫度；
[0019]最后淬火，獲得REBCO超導(dǎo)體塊材。
[0020]進(jìn)一步地，所述第一時(shí)間為2?5小時(shí)，所述第一溫度為900?1000°C ;所述第二時(shí)間為I?3小時(shí)，所述第二溫度高于所述REBCO超導(dǎo)體塊材的包晶反應(yīng)溫度30?80°C ;所述第三時(shí)間為0.5?I小時(shí)，所述第三溫度為所述包晶反應(yīng)溫度；所述第四時(shí)間為10?80小時(shí)，所述第四溫度為低于所述包晶反應(yīng)溫度5?40°C。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述籽晶為NdBCO/YBCO/MgO薄膜籽晶。
[0022]優(yōu)選地，所述籽晶的尺寸為2mmX2mm。
[0023]優(yōu)選地，所述REBCO超導(dǎo)體塊材為摻雜銀的REBCO廢棄超導(dǎo)體塊材，所述RE為Sm、Gd 或 Y。
[0024]進(jìn)一步地，REBCO廢棄超導(dǎo)體塊材還可摻雜氧化鈰，鉑金屬等，以抑制組分流失。
[0025]本發(fā)明提供再回收廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材的方法，具有以下有益效果:
[0026]1、本發(fā)明再回收得到的REBCO超導(dǎo)體塊材，以廢棄的REBCO塊材作為原料，通過對(duì)廢棄REBCO塊材加以回收再利用，有效降低REBCO超導(dǎo)塊材制備成本，并對(duì)于節(jié)約資源、提高資源使用率產(chǎn)生積極作用，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極影響。
[0027]2、本發(fā)明引入了熱處理的工藝步驟，將廢棄的REBCO塊材預(yù)先經(jīng)過高溫再熔融的處理，并且該高溫不受籽晶熱穩(wěn)定性的限制，可以促使廢棄REBCO塊材的組分的再均勻化，有利于再回收REBCO塊材的性能提尚。
[0028]3、本發(fā)明由于熱處理工藝的引進(jìn)，對(duì)于具有高包晶反應(yīng)溫度的廢棄REBCO(如SmBCO, GdBCO, NdBCO等)的再回收同樣適用。
[0029]4、本發(fā)明的廢棄的REBCO塊材經(jīng)過熱處理后，只需進(jìn)行表面的磨平處理，以水平放置籽晶即可，無需過多的表面削平，操作簡單高效，浪費(fèi)材料少。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0031]本發(fā)明提供一種再回收廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材的方法，包括:
[0032]步驟一，將廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材置于生長爐內(nèi)進(jìn)行熱處理。
[0033]其中，所述熱處理為使所述廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材的溫度在1100°C?1300°C內(nèi)保溫I?5小時(shí)，隨后隨爐冷卻至室溫。實(shí)驗(yàn)中，常見的廢棄REBCO超導(dǎo)體塊材包括三種情況:1)籽晶完全不誘導(dǎo)，塊材內(nèi)幾乎不存在自發(fā)形核；2)籽晶誘導(dǎo)范圍小，塊材其他區(qū)域出現(xiàn)大量小面積的自發(fā)形核；3)籽晶誘導(dǎo)范圍大，塊材的邊緣處出現(xiàn)少量自發(fā)形核。對(duì)于上述三種情形，可知，其組分偏析情況依次嚴(yán)重。然而，由于熱處理的溫度不受籽晶熱穩(wěn)定性的限制，該溫度可遠(yuǎn)高于REBCO塊材的包晶反應(yīng)溫度，因此適用于上述三種情況，能夠使得廢棄REBCO塊材充分熔融，組分充分再均勻化。同樣，對(duì)于具有高包晶反應(yīng)溫度的廢棄REBCO (如SmBCO、GdBCO、NdBCO等)塊材，通過高溫?zé)崽幚?，使得廢棄REBCO塊材充分熔融，實(shí)現(xiàn)組分再均勻化的效果。
[0034]步驟二，對(duì)所述熱處理后的REBCO超導(dǎo)體塊材進(jìn)行頂面磨平處理；
[0035]其中，高溫?zé)崽幚砗蟮腞EBCO超導(dǎo)體塊材可能存在一定程度的組分流失，導(dǎo)致塊材出現(xiàn)細(xì)微變形。該磨平處理主要是針對(duì)表面進(jìn)行砂紙打磨，使得塊材的表面平整，有利于籽晶的水平放置。可以設(shè)想，該操作相對(duì)于中國發(fā)明專利CN102703981A公開了基于高熱穩(wěn)定性薄膜作籽晶的再回收廢棄超導(dǎo)塊材的方法，無需過多處理，簡單高效，最大程度地保留了廢棄塊材的原料。
[0036]步驟三，將頂面磨平處理后的所述REBCO超導(dǎo)體塊材置于生長爐中進(jìn)行頂部籽晶熔融織構(gòu)生長工藝，實(shí)現(xiàn)廢棄的REBCO超導(dǎo)體塊材的回收生長。
[0037]具體為，將籽晶放置在熱處理后的REBCO超導(dǎo)體塊材的磨平面的中心處，再連同所述籽晶放入生長爐內(nèi)；
[0038]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第一時(shí)間內(nèi)升至第一溫度，保溫I?3小時(shí)；
[0039]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第二時(shí)間內(nèi)升至第二溫度，保溫I?3小時(shí)；
[0040]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第三時(shí)間內(nèi)降至第三溫度；
[0041]使所述生長爐內(nèi)的溫度在第四時(shí)間內(nèi)降至第四溫度；
[0042]最后淬火，獲得REBCO超導(dǎo)體塊材。
[0043]其中，將所述生長爐內(nèi)的溫度在2?5小時(shí)內(nèi)升至900?1000°C，保溫I?3小時(shí)；將所述生長爐內(nèi)的溫度在I?3小時(shí)內(nèi)升至第二溫度，所述第二溫度高于所述REBCO準(zhǔn)單晶的包晶反應(yīng)溫度30?80°C，保溫I?3小時(shí)；將所述生長爐內(nèi)的溫度在0.5?I小時(shí)內(nèi)降至材料的包晶反應(yīng)溫度附近；將所述生長爐內(nèi)的溫度在10?80小時(shí)內(nèi)降至第四溫度；所述第四溫度為低于所述包晶反應(yīng)溫度5?409°C;最后淬火，即隨著生長爐冷卻，獲得REBCO超導(dǎo)體塊材。
[0044]包晶反應(yīng)是指有些合金當(dāng)凝固到一定溫度時(shí)，已結(jié)晶出來的一定成分的(舊)固相與剩余液相(有確定成分)發(fā)生反應(yīng)生成另一種(