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.     

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.     

BaCuO_(2-δ)添加对单畴GdBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法,研究了BaCuO2-δ添加对单畴GdBCO超导块材性能的影响.实验结果表明,当制备GdBCO超导块材所用粉体的摩尔比为Gd123:Gd211:Gd011=1:0.4:x(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)时,均可制备出单畴GdBCO超导块材.对该系列超导块材磁悬浮力测试的结果表明,BaCuO2-δ的含量对GdBCO超导体的磁悬浮力有明显影响,当BaCuO2-δ的含量x=0.2mol%时样品的磁悬浮力最大,并结合其显微组织分析了BaC-uO2-δ对单畴GdBaCuO磁悬浮力影响的原因.     

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.     

Gd_2Ba_4CuNbO_y的掺杂量及粒度对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)研究了Gd2Ba4CuNbOy(GdNb2411)的掺杂量及其初始粉体粒度对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响.制备单畴GdBCO超导块材的初始成份为GdBa2Cu3O7-δ:Gd2BaCuO5:GdNb2411=1:(0.4-x):x,x=0、0.02、0.06、0.1、0.14;GdNb2411粒子的初始粒度(d)范围分别在0≤d≤40m、40d≤61m、61d≤120m、120d≤180m.结果表明:(1)GdBCO超导块材的生长形貌与其掺杂量x密切相关,当x≤0.06时,样品具有单畴形貌,且表面光滑平整;当x0.06mol时,样品仍具有单畴形貌,但其表面出现皱褶现象;(2)随着x的增加,样品的磁悬浮力先增大后减小,当x=0.06mol时达到最大25N.(3)掺入样品的GdNb2411粉体粒度越小,最终在样品中生成的GdNb2411粒子的粒径也越小.(4)当固定x=0.06时发现,随着掺杂GdNb2411粉体粒度的减小,单畴GdBCO超导块材的磁悬浮力逐渐增大,当粒度d≤40mm时,样品中的GdNb2411粒度约在100nm～250nm之间,相应样品的磁悬浮力最大,约25N.这些结果对进一步提高GdBCO超导块材的质量具有一定的指导意义.     

二次单畴化制备GdBCO超导块材的方法及其性能

高质量单畴REBa_2Cu_3O_(7-δ) (REBCO)超导块材具有广泛的应用前景,但制备过程中极易产生大量多畴样品,致使成功率明显下降、成本显著提高,并制约其进一步批量化和实用化的进程.受顶部籽晶熔渗生长(TSIG)方法的启发,本文提出了一种对生长失败的GdBCO超导块材重新单畴化织构生长的新方法,即将生长失败的样品进行预处理后作为固相源坯块,然后采用改进后的TSIG法进行二次单畴化织构生长,并成功地制备出了一系列二次单畴化的GdBCO超导样品,同时,对样品的超导性能及微观结构进行了研究.结果表明,所制备的二次单畴化GdBCO超导样品的磁悬浮力均大于30 N,样品的捕获磁通密度均在0.3 T以上,捕获磁通效率高达60%以上,该结果为进一步发展低成本、高效率制备REBCO超导体的新方法提供了科学依据和新思路.     

Y211相粒径对YBCO单畴块材的生长及磁通俘获场的影响

本文研究了Y211相粒径对YBCO单畴块材的生长及磁通俘获场性能的影响.能量色散谱(EDS)分析结果显示:YBCO熔体中的Y离子浓度随着Y211相粒径减小而增加.差示扫描量热法(DSC)热分析结果表明:YBCO熔体的起始结晶温度随着Y211相粒径减小而升高.前驱粉Y123/Y211中使用粒径细化的Y211相能使YBCO单畴块材的磁通俘获场明显增强.上述实验分析结果意味着使用细化的Y211粉体将有助于大尺寸、高性能单畴样品的制备.     

最高熔化温度对GdBaCuO单畴块材生长及磁悬浮性能的影响

采用熔融织构生长工艺结合冷籽晶法,通过调整最高熔化温度,成功制备出直径53mm的GdBCO单畴超导块材.不同高温下淬火坯体的XRD图谱表明,提高最高熔化温度对Gd123相的充分熔解和大单畴的生长具有重要意义.最高熔化温度对块材的磁悬浮性能有重要影响,最高温度偏低不利于熔体中气体排出,制成的单畴存在大量孔洞,使磁悬浮力下降;适当提高最高熔化温度,可减少单畴内部的孔洞,使材料致密从而提高磁悬浮力.     

单畴GdBaCuO块材生长工艺研究

在空气气氛中采用冷籽晶熔融织构工艺进行了单畴GdBaCuO块材生长.通过调整Gd123相与Gd211相配比的方法控制GdBaCuO块材的成分.为抑制稀土元素对钡位的替代,添加了低熔点的BaCuO2.探索了采用熔融织构工艺在空气条件下生长单畴GdBaCuO块材的工艺条件,找到了适合单畴GdBaCuO在空气气氛下生长的工艺制度.已成功生长出直径25mm左右的单畴样品.探索了单畴GdBaCuO块材的氧处理制度,并对生长出来的单畴GdBaCuO块材进行了性能测试及微观结构观察.样品的零电阻温度达到了94K,不可逆场比钇钡铜氧要高出很多.磁浮力密度达到了12N/cm2.     

Y2BaCuO5粒子掺杂的单畴熔融织构YBCO超导体工艺与性能研究

采用人工掺杂Y-211相的方法以及熔融织构生长结合顶部籽晶工艺制备了不同211粒子含量的 准单畴熔融织构的YBCO块材料,样品致密度高,体密度大于62g/cm³,机械强 度好,振动样品磁强计测量结果表明,样品在温度30K、磁场06T下,其J_c仍 达到123×10⁶A/cm².在温度70K、磁场2T条件下,J_c 仍高达135×10⁴A/cm²,而且临界电流密度对磁场不敏感.扫描电 子显微镜分析也表明,Y-211相的人工掺杂,能改善织构样品的生长状况,减小微裂纹,同 时,掺杂的Y-211粒子能作为强的钉扎中心,因此,这种工艺能精确地控制样品中Y-211粒子 的含量,所制备的样品中Y-211粒子分布越均匀,尺寸越小,其钉扎效果越好.从大量实验结 果比较得出,1∶05是最佳的掺杂比例. 关键词： 准单畴超导体 熔融织构 c')" href="#">临界电流密度J_{c 磁通钉扎中心}     

Y2BaCuO5粒子对顶部籽晶熔融织构YBCO微结构的影响

本文主要研究了Y211相粒子在顶部籽晶熔融织构YBCO块材中的分布及其对材料超导特性的影响.研究发现,在籽晶正下方,YBCO超导块材中的Y211粒子分布呈不均匀性.样品在近籽晶处Y211粒子非常少,从样品顶部到样品底部Y211相粒子的容积率呈增大趋势.由于Y123粒子和Y211粒子热膨胀系数存在差异,这种不均匀性导致了块材内部产生微裂纹,从而降低了磁悬浮力.     

Y-211粒子与Y_2O_3粉掺杂的熔融织构YBCO超导体性能及微观研究

采用熔融织构法结合顶部籽晶技术 ,掺杂 Y2 O3粉和 Y- 2 1 1粒子制备了高质量的准单畴熔融织构的 YBCO块材。样品的 Jc测量表明 :临界电流密度 Jc在 1 0 K温度 0 .6T磁场下达到 1 .6×1 0 6 A/ cm2 ;在 70 K温度 2 T磁场下达到 1 .2 4× 1 0 4A/ cm2。扫描电镜观察表明 :掺杂 Y2 O3粉所形成的 Y- 2 1 1粒子是柱状的 ,而掺杂 Y- 2 1 1粒子在母体材料中形成的是球形的 Y- 2 1 1粒子 ,掺杂Y2 O3 粉比 Y- 2 1 1粒子能更有效地改善样品的生长状况。可见 ,Y- 2 1 1粒子与超导母体材料之间的界面对磁通钉扎起主要作用 ,Y- 2 1 1粒子作为强钉扎中心是属于界面钉扎     

批量化制备高性能单畴YBCO超导块

用顶部籽晶熔融织构生长法（TSMTG）批量制备了30mm直径的YBCO单畴超导块材，使用一种六面控温的箱式炉和一台改进的坩埚炉进行晶体生长，采用了高压氧化退火工艺对生长出的YBCO晶体进行后处理，与流动氧化工艺相比，在保持样品超导性能不变的情况下高压氧化大大节约了用氧量，缩短了氧化退火时间，提高了生产效率，大多数单畴超导块在77k和0.5T的磁场下的磁悬浮力超过10N/cm^2，其中最高值达到了15N/cm^2，目前我们巳具备了年生产1000块30mm直径优质单畴导块的能力。     

准单畴YBCO块材当中磁悬浮力不均匀性研究

顶部籽晶熔融织构准单畴Y1B2C3O7-δ中磁悬浮力密度与籽晶位置的关系进行了深入研究.经研究发现在液氮温度下磁悬浮力密度大小随位置变化,在离顶部籽晶3 mm的地方达到最大值,换句话说就是在第二块薄片中具有最大磁悬浮力密度.这种现象可以用晶体生长和吸氧的过程的相互作用来解释.我们提出一个模型,在这个模型中Y211粒子的分布导致的小孔微结构降低了有效感应电流环的大小,从而相当于降低了单畴的有效尺寸,导致磁悬浮力的大小.从研究中发现纵向微裂纹对磁悬浮力的影响最为明显.这个结果对于顶部籽晶熔融织构准单畴的基础研究和制造有很大的意义.     

提高YBCO块材在外磁场中悬浮力

本给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法．第一种方法是增强外磁场，对于此方法，本研究了一块直径为30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力．测量结果表明在77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为50N，在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为103．ON．第二种方法是提高YBCO块材自身的性能，包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸，对于此方法，本仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响．三块直径分别为30mm、35mm、40mm的圆柱状YBC0块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量，77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力分别为103．ON、134．5N、175．ON．第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体，此种情况下，直径为40mm的圆柱状YBCO块材在77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力高达218．3N．     

永磁导轨上高温超导块材排布方式与悬浮力关系的研究

本文研究了YBCO块材排布方式与其在永磁导轨上悬浮力的关系.实验结果表明:悬浮力与随悬浮间距成指数关系.而YBCO块材在导轨上方排列方式的不同,导致沿轨道横截面方向,每块超导块获得的悬浮力平均值差异较大.当超导块集中分布于轨道上方磁场强度最大的区域时,超导块平均悬浮力最大.这意味着,与其他排布方式相比,在获得同等悬浮力情况下,这种排布方法的超导块用量最少.这一结果对于超导磁悬浮系统的设计具有指导意义。