多籽晶技术生长大尺寸YBCO单畴超导块材的研究

本文利用多籽晶技术成功地生长出直径53mm的大尺寸YBCO单畴超导块材.与传统的单籽晶引导生长相比,该多籽晶技术在大尺寸YBCO单畴生长方面更有效.通过同时使用四个SmBCO籽晶引导生长,大尺寸YB-CO单畴的生长时间得以缩减.实验结果显示多籽晶生长的大尺寸YBCO单畴块材比传统的单籽晶生长的同尺寸块材在超导性能上有所提高.磁通俘获场测量显示多籽晶样品的磁通俘获场比单籽晶样品的峰值更高,均匀性更好.在77K零场冷的环境下,多籽晶的磁悬浮力密度可达到14.6N/cm2,相比单籽晶的12.5N/cm2的磁悬浮力密度有了很大的提高.     

Y2BaCuO5相含量对准单畴YBCO块材生长及其性能的影响

本文采用Y-123 Y-211合成粉体作为前驱物粉体,利用顶部籽晶熔融织构技术制备了最大顶角间距为34 mm正六边形YBCO准单畴块材,研究了Y-211含量对准单畴块材生长过程,以及对成材样品磁浮力性能的影响.实验结果发现:Y-211摩尔含量为30%样品的最大磁悬浮力明显高于Y-211含量为40%的样品.实验结果还发现,在同一烧结程序下,Y-211含量为40%样品出现单畴区未完全生长状态,而Y-211含量30%样品则呈现完全生长状态.这一结果可以解释两样品之间磁悬浮力性能的差异,而造成这一结果的原因可能是不同Y-211含量样品单畴区的起始生长温度不同所致.     

单畴熔融织构YBCO/Ag样品的生长工艺研究

本文研究了用冷籽晶技术制备掺Ag单畴熔融织构YBCO超导块材的工艺.通过引入有效的隔离层避免了籽晶的熔化.使用纯Y1.8粉作为隔离层的材料,并探索出同时施加两个隔离层的方法.对施加隔离层后大块单畴YBCO/Ag样品生长窗口的研究发现,加入隔离层后使慢降温上限温度升高,970℃到955℃是Y123/Ag系单畴生长的主要窗口.制备的直径26mm单畴超导块材的磁浮性能已达到12N/cm2(77K,0.5T).认为如果进一步提高熔化温度或延长保温时间将有助于抑制自发成核.     

MgO粒子掺杂对NdBCO超导块材熔化温度的影响

采用改进后的顶部籽晶熔渗生长(RE+011 TSIG) 工艺, 通过在固相先驱粉中掺杂不同含量的 MgO 来有效地提高 NdBCO 籽晶的熔化温度, 从而成功地制备出直径为32 mm 的大尺寸单畴 SmBCO 超导块材. 结果表明,MgO 的掺杂对 NdBCO 超导块材的熔化温度有着明显的提高, 随着固相先驱粉中 MgO 掺杂量的增加, Mg2 + 离子逐渐进入到 Nd123 相的晶格中, 当掺杂量达到16 wt% 时呈现出饱和状态, 且 NdBCO 超导块材的熔化温度提高近18 ℃ , 可有效地抑制在制备SmBCO 超导块材的过程中出现的 NdBCO 籽晶熔化现象.     

Y_2BaCuO_5粒子在准单畴超导块材中的分布及其对磁悬浮力的影响

熔融织构准单畴YBCO超导块材中的Y2BaCuO5(Y-211)相粒子可以起到增强材料磁通钉扎力的作用.实验发现,顶部籽晶诱导生长熔融织构YBCO超导块材中的Y-211粒子分布呈不均匀性.Y-211相粒子在近籽晶处密度较低,而在样品底部则密度较高,并且呈现Y-211粒子团聚现象.通过优化Y-211相粒子在母体中的分布,可以有效提高YBCO块材的磁悬浮力.实验研究结果表明,Y-211相粒子在母体中的分布越均匀,且Y-211粒子平均粒径越小,则块材的磁悬浮力则越大.     

Y2BaCuO5粒子在准单畴超导块材中的分布及其对磁悬浮力的影响

熔融织构准单畴YBCO超导块材中的Y2 BaCuO5(Y-211)相粒子可以起到增强材料磁通钉扎力的作用.实验发现,顶部籽晶诱导生长熔融织构YBCO超导块材中的Y-211粒子分布呈不均匀性.Y-211相粒子在近籽晶处密度较低,而在样品底部则密度较高,并且呈现Y-211粒子团聚现象.通过优化Y-211相粒子在母体中的分布,可以有效提高YBCO块材的磁悬浮力.实验研究结果表明,Y-211相粒子在母体中的分布越均匀,且Y-211粒子平均粒径越小,则块材的磁悬浮力则越大.     

直径53 mm熔融织构单畴YBCO块材制备研究

实验表明:通过对Y123/Y211前驱粉体粒度的调整以及采用Y123∶Y211=1∶0.3摩尔比的配制方案,在顶部籽晶诱导熔融织构生长条件下,可以提高单畴YBCO块材的起始生长温度Ts,从而有效地抑制了大尺寸单畴高温超导块材生长过程中的非籽晶成核现象. 利用这一技术,我们成功地生长出多块直径53 mm、厚18mm单畴YBCO高温超导块材,其中最大磁浮力达到302牛顿,最小为274牛顿,平均磁浮力密度达到12.9 N/cm2(77K、0.55T),达到和超过了该类材料的实用化国际标准.从宏观形貌上看,样品沿径向呈完全织构生长状态,沿轴向也基本呈完全生长状态. XRD和极图分析结果显示,整块样品具有较理想的织构化程度.这一结果意味着近期有望实现更大直径单畴YBCO超导块材的织构生长.     

大畴YBCO超导块

叙述了用熔融织构生长 ( MTG)工艺和顶部籽晶法制备大畴 YBCO超导块材的工艺过程 ;还叙述了样品磁悬浮力及冻结磁场的测量方法及所达到的性能 ;综述了大畴 YBCO超导块材潜在的实际应用。     

Ag掺杂SmBCO熔融织构单畴生长工艺研究

通过Ag掺杂降低Sm123/Sm211体系熔点,利用Nd123冷籽品技术成功制备出具有理想织构的smBCO/Ag单畴块材.研究了smBco/Ag单畴的生长过程,结果发现,相比于未掺杂坯体,掺入Ag后的smBcO坯体生长速率下降,在所考察的慢冷温区里,生长速率呈不断减小趋势,最终因自发成核而无法继续生长.实验还发现,SmBCO/Ag 单畴生长温度窗口随Ag掺量增加向低温区平移.对样品剖面的观察发现,在最高熔化温度保温阶段大量气体未能排出SmBcO/Ag坯体,这些气体在单畴慢冷生长过程中不断向外侧迁移、合并形成宏观可见的孔洞.在单畴生长过程中,这些位于生长前沿的高密度气孔,一定程度上影响了液相和sm3+离子向生长前沿的供应,是单畴生长速率较低的可能原因.微结构分析表明熔融生长过程中Sm211粒子发生二次晶粒长大现象,长大后的Sm211粒子提供Sm3+离子的能力减弱,导致慢冷生长后期阶段生长速率呈下降趋势.     

Y2Ba4CuWOx掺杂对单畴YBCO块材微观结构及超导性能的影响

为了研究掺杂Y-W2411(Y2Ba4CuWOx)对单畴YBCO超导块材磁通钉扎能力的影响.应用顶部籽晶-熔融织构法(TS-MTG)制备出了掺杂纳米Y-W2411的单畴块材.通过实验发现不同量的掺杂会对样品的宏观形貌及磁悬浮力产生不同的影响.当掺杂量x≤8时,样品基本可以生长成单畴的超导块材,且样品的磁悬浮力随着Y-W2411掺杂量的增加先增大后减小.当x=2wt%时,样品磁悬浮力最大.样品的电镜扫描结果(SEM)表明成功地在Y-123(YBa2Cu3O7)基体中嵌入了Y-W2411粒子.     

辅助永磁体的引入方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响

通过对永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和方形永磁体在液氮温度、 零场冷、 轴对称情况下磁悬浮力的测量, 研究了三种不同组态中辅助永磁体的引入方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响. 实验结果表明, 如果处在超导体上方的测量用方形永磁体N极向下, 则在轴对称情况下, 当方形辅助永磁体N极向上与超导体下表面贴在一起时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N增加到31.8 N, 提高到222%; 当方形辅助永磁体放置在超导体上表面、 N极垂直向上且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N增加到21.6 N, 增加到151%; 当方形辅助永磁体放置在超导体上表面、 N极垂直向下且场冷后去掉方形辅助永磁体时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N减小到8.6 N, 减小为无辅助永磁体时的60%.这些结果说明, 只有通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式, 才能获得较高的磁场强度, 有效地提高超导体的磁悬浮力特性, 该结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义.     

Gd2Ba4CuWOx掺杂对单畴GdBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构方法(TSMTG)制备出了具有不同纳米Gd2Ba4CuWOx(GdW2411)掺杂量的系列单畴GdBCO超导块材,并研究了GdW2411的掺杂量对其微观形貌以及磁悬浮力大小的影响.研究结果表明,通过添加GdW2411粒子,可以成功的在单畴GdBCO超导块材中引入纳米GdW2411磁通钉扎中心,其粒径约在50～200nm之间;随着GdW2411掺杂比例的增加,纳米粒子的密度逐渐变大,粒度也有所变大;GdBCO超导块材磁悬浮力的大小与GdW2411掺杂量密切相关,只有当GdW2411的掺杂比例达到最佳值时,样品的磁悬浮力才达到最大.这些结果对进一步提高GdBCO超导块材性能具有重要的指导意义.     

Recycling process for 123-type bulk superconductors

Bulk (RE)-Ba-Cu-O (RE is a rare earth element or yttrium) high temperature superconductors have contained a lot of precious substances such as Ag and Pt, which led to a significant increase in production cost. However, the bulk superconductors have been thrown away once they were fractured during characterization or failed to grow in the form of single grain. The material recycling of these samples is, therefore, a great important and leads to a cost-effective production. Hence we have attempted a recycling process for Ag-doped Gd-Ba-Cu-O (GdBCO/Ag) bulk samples. The single grain GdBCO/Ag bulk sample, however, could not be grown by the cold-seeded melt-process albeit the recycled precursor powder is chemically identical to a mixture of commercial powder (reference powder). On the other hand, the hot-seeding technique enables us to fabricate readily the single grain GdBCO/Ag bulk samples even with employing the recycled precursor powder. The recycle-processed GdBCO/Ag bulk sample showed a 10% decrease in the trapped magnetic field compared with the reference bulk sample. However, most importantly this study demonstrates clearly, and for the first time, that the recycling of GdBCO/Ag bulk samples is possible, nevertheless a small degradation of superconducting properties is recognized.     

永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和永磁体之间的磁悬浮力研究

通过对永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和圆柱形永磁体在液氮温度、零场冷、轴对称情况下磁悬浮力的测量,研究了两种不同组态下辅助永磁体对超导体磁悬浮力特性的影响.实验结果表明,当长方体辅助永磁体水平磁化、且磁极N指向超导体时,超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体的29.8 N增加到61.5 N,增加为没有引入辅助永磁体时的206%.当长方体辅助永磁体的N极与圆柱形永磁体的N极反平行时,超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体的29.8 N减小到19.6 N,减小为无辅助永磁体时的65.8%.这些研究结果说明,通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式,能有效地提高超导体的磁悬浮力.该研究结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义. 关键词： 单畴GdBCO 永磁体 磁悬浮力     

无氟MOD方法制备GdBCO薄膜

采用无氟金属有机物沉积方法(MOD)在单品基底SiTrO3(100)上制备GdBa2Cu3O7-x(GdBCO)薄膜.所用的无氟MOD方法制备GdBCO薄膜具有前驱溶液稳定、薄膜致密性好以及相比于TFA-MOD方法在热处理过程中无HF气体的产生等优点.经过一系列热处理工艺后,对薄膜进行X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)分析以及超导性能的测试.通过熔融外延生长,得到c轴织构良好、表面平整致密、临界超导转变温度为90 K的GdBCO薄膜,77K自场下的临界电流密度约为0.6 MA/cm2.     

条状永磁体的组合形式及间距对单畴GdBCO超导体磁悬浮力的影响

通过对由条状永磁体组成的组合磁体与单畴GdBCO超导体在零场冷情况下磁悬浮力的测量,研究了5种不同组态下组合磁体之间距离的变化对超导体磁悬浮力的影响.结果发现,当条状永磁体之间的距离D从0 mm增加到30 mm时,超导体的磁悬浮力大小与组合磁体排列形式有着密切关系(以Z=5 mm为例):1)对由3个条状永磁体组成的组合磁体,当中间磁体的磁极N向上、两侧磁体的磁极N均水平指向中间磁体时,超导体的磁悬浮力从22.8N减小到9.7N;当中间磁体的磁极N向上、两侧磁体的磁极N均向下时, 关键词： 单畴GdBCO块材 磁体组合形式 磁悬浮力     

BaO掺杂对单畴GdBCO超导块材性能的影响(二)

为了有效地抑制Gd BCO超导块材在生长过程中出现的Gd/Ba替换现象,在前期工作的基础上,本文采用顶部籽晶熔渗生长工艺,通过在固相先驱粉中添加不同含量的Ba O粒子成功地制备出了一系列高性能的单畴Gd BCO超导块材,并且对样品的微观形貌以及临界电流密度进行了研究和分析.结果表明,随着BaO掺杂量的增加,样品中的Gd_(1+x)Ba_(2-x)Cu_3O_(7-δ)固溶体(Gd123ss)相呈现出减少的趋势,并生成了纳米量级的Gd123ss,这对GdBCO超导样品中存在的Gd/Ba替换起到了很好的抑制作用,使得样品中的GdBa_2Cu_3O_(7-δ)(Gd123)超导相有所增加;同时当样品中BaO的添加量在2 wt%—4 wt%之间时,样品的临界电流密度在一定程度上得到了有效提高.     

二维准晶的声子及其熔化性质

本文研究具有五次对称性的二维Penrose准晶的声子及其熔化性质,我们找到了一个相似变换矩阵,利用它成功地对动力学矩阵进行约化。这约化一方面大大地减少了计算量,另一方面通过它可解析地得出振动模中有2/3是双重简并的,而余下的1/3是非简并的结论。利用原子均方位移判据,我们研究了二维Penrose准晶格的熔化性质,得出边界较内部先熔化,原子间相互作用大的系统不易熔化等合理结论。     

二维准晶的声子及其熔化性质

本文研究具有五次对称性的二维Penrose 准晶的声子及其熔化性质.我们找到了一个相似变换矩阵, 利用它成功地对动力学矩阵进行约化.这约化一方面大大地减少了计算量, 另一方面通过它可解析地得出振动模中有2/3是双重简并的, 而余下的1/ 3 是非简并的结论.利用原子均方位移判据, 我们研究了二维Penrose 准晶格的熔化性质, 得出边界较内部先熔化, 原子间相互作用大的系统不易熔化等合理结论。 关键词：