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.     

面向航天器的超导磁通钉扎对接技术基础实验研究

由于太空中的失重环境,大型空间在轨装置的对接与组装面临着一系列的技术难题,自适应对接结构及技术被视为是解决这些难题的重要途径.基于高温超导体的磁通俘获,超导体磁通钉扎为自适应方式提供了一种新型的非接触对接组装途径.论文提出了一种将高温超导体应用于空间对接的基本方案,并结合该方案展开了超导体励磁和对接力学特性的基础实验研究.研究表明,超导体钉扎效应受励磁过程影响显著,小尺寸的常规电磁场励磁很难促使强钉扎特性;励磁场作用于对接过程的方式对电磁对接力的影响很大,依赖励磁场和超导体的共同作用,对接力在轴线方向上表现出显著的自稳定约束特性.     

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.     

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.     

钇钡铜氧单畴超导块的多籽晶制备方法

顶部籽晶技术与熔融织构生长工艺的结合已经被证明是制备单一晶体取向的YBaCuO单畴超导体的成功方法.由于YBaCuO晶体的生长速度慢,使大尺寸单畴超导快的制备受到限制.采用多籽晶的方法可以减少生长大块材料的时间,但多籽晶诱导生长的大晶粒的边界通常是弱耦合的,材料的磁浮力和冻结磁场性能明显低于单籽晶生长的材料.本研究在采用多籽晶法制备YBCuO超导块时,通过在先驱物坯料的顶部增加成分梯度过渡层的方法成功地生长出单畴结构的超导材料.冻结磁通的分布为单峰状,证实材料为单畴结构,其磁浮力也达到单籽晶样品的水平.这些结果表明成分梯度层和多籽晶结合的工艺可以改善多籽晶生长样品的晶界耦合,是生长大尺寸单畴超导材料的一种可行方法.     

钇钡铜氧单畴超导块的多籽晶制备方法

顶部籽晶技术与熔融织构生长工艺的结合已经被证明是制备单一晶体取向的YBaCuO单畴超导体的成功方法．由于YbaCuO晶体的生长速度慢，使大尺寸单畴超导快的制备受到限制．采用多籽晶的方法可以减少生长大块材料的时间，但多籽晶诱导生长的大晶粒的边界通常是弱耦合的，材料的磁浮力和冻结磁场性能明显低于单籽晶生长的材料．本研究在采用多籽晶法制备YBCuO超导块时，通过在先驱物坯料的顶部增加成分梯度过渡层的方法成功地生长出单畴结构的超导材料．冻结磁通的分布为单峰状，证实材料为单畴结构，其磁浮力也达到单籽晶样品的水平．这些结果表明成分梯度层和多籽晶结合的工艺可以改善多籽晶生长样品的晶界耦合，是生长大尺寸单畴超导材料的一种可行方法．     

YBaCuO超导块的厚度和形状对其悬浮力的影响

研究了尺寸分别为Φ30mm× 13.7mm和Φ2 9.5mm× 10 .8mm两块熔融织构单畴YBaCuO高温超导体块材的厚度和形状对它所受到的悬浮力的影响 .利用“高温超导磁悬浮测试系统”逐次测试了YBaCuO在不同厚度和不同形状时所受到的悬浮力 ,然后测量了样品在悬浮力测试过程中的俘获磁通 ,并对实验结果进行了分析 .     

不同温度下烧结的Y211对YBCO的磁通俘获场的影响

采用顶部籽晶熔融织构法制备了YBCO准单畴块材,研究了在不同温度下烧结的Y2BaCuO5(Y211)粒子在块材中的分布及其对于磁通俘获场的影响.Y211前驱粉是通过使用氧化钇(Y2O3)、碳酸钡(BaCO3)、氧化铜(CuO)粉末在840到970℃之间煅烧制备.扫描电子显微镜(SEM)观察发现,通过900℃烧结的Y211颗粒在准单畴超导块材中的分布是均匀的.总的来说,使用性能好的Y211粉末将会降低Y211颗粒在块材的尺寸,提高了块材的磁通俘获场.在77K的温区下,直径为35mm的YBCO块材的磁通俘获场的最大值可以达到0.73T.     

基于Labview的高温超导单畴块材俘获磁场测试系统

本文利用虚拟仪器技术设计出一套高温超导单畴块材俘获磁场测试系统,能够准确及时地反馈出超导块材整体磁通冻结场的分布.软件平台由Labview搭建,实现计算机与测量设备的精确通信与控制,并对采集到的数据进行处理和表达.底层硬件包括步进电机驱动器,可控支架,高斯测量仪,数字多用表,低温霍尔探头,超导强磁体,低温杜瓦瓶,真空泵及制冷机.整套测量系统准确、高效、便捷、自动化成度高,为进一步高温超导体应用特性的研究和机理理论分析提供了可靠的实验技术方案.     

指数模型下长圆柱超导体内应力分布(英文)北大核心CSCD

本文研究了长圆柱高温超导体基于指数临界态模型,外部磁场B_a与无量纲参数p对磁通钉扎诱导的应力分布在零场冷却与场冷却的磁化过程中的影响.利用平面应变方法,得出长圆柱超导体在磁化过程中的环向与径向应力分布表达式.结果表明,B_a与p对应力分布的影响是依赖于磁化过程.通过对比指数临界态模型与Kim模型,应力分布是比较相似的,但应力峰值与转变区域是不同的,这说明了在分析实际磁弹问题时,指数模型可能更接近于实际情况.本文基于指数模型分析长圆柱超导体的应力分布对超导体磁弹问题的研究有一定的指导作用.     

高T_c超导体YBCO磁通钉扎的计算机模拟研究

临界电流密度Jc是影响高温超导体在强电领域应用的一个重要参数,在实际应用中,特别在外加磁场下,临界电流密度与超导材料的磁通钉扎性质密切相关.因此,磁通钉扎一直是高温超导体研究中的一个重要领域.由于高温超导体磁通钉扎力密度Fp的标度律存在,本文根据D.Dew-Hughes总结的钉扎力函数,主要存在两种主要作用类型(正常相和△K).我们将D.Dew-HugBes给出的钉扎力密度Fp标度函数改进为一个简化的具有物理意义的函数表达式.结合文献中已有的实验数据,我们对YBcO进行了计算机模拟,确定了它的磁通钉扎类型,模拟的研究结果与实际情况比较吻合.     

指数模型下长圆柱超导体内应力分布（英文）

本文研究了长圆柱高温超导体基于指数临界态模型,外部磁场B_a与无量纲参数p对磁通钉扎诱导的应力分布在零场冷却与场冷却的磁化过程中的影响.利用平面应变方法,得出长圆柱超导体在磁化过程中的环向与径向应力分布表达式.结果表明,B_a与p对应力分布的影响是依赖于磁化过程.通过对比指数临界态模型与Kim模型,应力分布是比较相似的,但应力峰值与转变区域是不同的,这说明了在分析实际磁弹问题时,指数模型可能更接近于实际情况.本文基于指数模型分析长圆柱超导体的应力分布对超导体磁弹问题的研究有一定的指导作用.     

从FeSe0.5Te0.5的V～I曲线论磁通动力学的诸模型（英文）

高温超导体的发现动摇了支配磁通动力学二十几年的Kim-Anderson模型.于是人们提出了新的涡旋玻璃态模型,集体钉扎模型和U～j对数关系模型来描述高温超导体的磁通动力学.其中,涡旋玻璃态模型已被人们广泛接受.Fe基超导体发现后,人们它行为十分类似于高温超导体.我们实验上仔细研究了FeSe0.5Te0.5单晶的V～I关系曲线,发现上述诸模型均不能很好的解释我们的实验结果,而张的反跳模型恰能很好的拟合实验结果.本文讨论了诸模型对高温超导体磁通动力学描述的适用性并给出合理的解释.     

高温超导体的磁化与磁滞损耗

利用三种临界态模型(Bean模型、Kim模型和指数模型),采用比较简单的方法,以Bi2223高温超导体为例,给出了平板状超导体的初始磁化曲线和磁滞回线的解析表达式.对不同温度和磁场下的磁化强度进行了编程计算,对计算结果进行讨论.利用推导的公式,讨论了温度和外加磁场对高温超导体的磁滞损耗的影响. 关键词： 磁滞损耗 磁通钉扎 高温超导体 临界态模型     

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.     

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.     

磁粉的性能及其应用

 磁粉一般是指颗粒尺寸在1μm以下的单畴铁磁或亚铁磁性粉末.铁磁材料为了能处于最低的能量状态,在退磁状态下会分裂成许多磁畴.随着其尺寸的减小,不仅磁畴的数目减少,而且畴壁的厚度也小于大块材料的.由于畴壁厚度减小,其内部相邻电子自旋之间的夹角增大,使畴壁能量密度比大块材料的畴壁能量密度变大.因此,铁磁小颗粒为了减少总能量,就需要减少畴壁的数目.当磁粉尺寸小于某一临界尺寸以下,其内部所有原子的自旋方向都相互平行而成为单畴.单畴的临界尺寸主要决定于它的退磁能、各向异性能和交换能等的相互平衡.对一定的材料而言,它主要决定于颗粒的形状。一般铁磁单畴的临界尺寸在10-100nm范围.     

高温超导体磁通动力学和混合态相图(Ⅰ)

文章简要介绍了高温超导体磁通动力学和混合态物理在过去十余年的发展。高温超导体由于其自身的一些特点，使得它与常规超导体相比较拥有极其丰富的相图，磁通动力学也表现出了非常丰富的研究内容，很多新的概念被提出，新的现象被观察到。比如说涡旋玻璃态，集体钉扎和蠕动，磁通格子的一级和二级熔化相变，布拉格玻璃，峰值效应，二维涡旋饼态，Josephson磁通运动等等，均是在高温超导体发现之后提出来的新的概念或新发现的现象。有些研究结果目前尚无定论，如关于涡旋玻璃态存在与否的争论至今仍然在进行，但是这些研究内容无疑会大大促进超导物理的发展。高温超导体磁通动力学纷繁复杂的研究内容可以归结为三个相互关联的数字：Ginzburg数（T/He^2εξ^3）^2／2，量子电阻Qu=（e^2／h）（ρn/／εξ），和临界电流的比值jc/jo,这里ξ是相干长度，Hc是热力学临界磁场，ε是有效质量的各向异性度,ρn是正常态电阻率，jc是零温临界电流，jo是拆对临界电流。对于高温超导体前两个数值（Ginzburg数和量子电阻）很大，而临界电流比值较小，因此导致有强的热涨落和量子涨落，以及很强的磁通运动行为（对应小的实测临界电流）。磁通动力学的研究从更深层次影响超导体的临界电流问题和强电应用的发展，最后简要地介绍了这方面的情况。     

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.     

ZrO_2掺杂对于Gd+011 TSIG法制备单畴GdBCO超导块材的影响

ZrO_2掺杂能够在GdBCO超导块材中生成细小的纳米Gd_2Ba_4ZrCuO_y粒子,从而提高样品的磁通钉扎力.本文采用新的顶部籽晶熔渗生长法(Gd+011TSIG)制备出了系列组份为(1-x)(Gd2O3+1.2BaCuO2)+xZrO_2的单畴GdBCO超导块材,x=0、0.02、0.04、0.05、0.06、0.08、0.1、0.15、0.2、0.3wt.%,并研究了ZrO_2掺杂量对样品的表面形貌、磁悬浮力、捕获磁通密度以及微观结构的影响.结果表明,样品的表面形貌与ZrO_2的掺杂量密切相关,当x0.1wt.%时样品表面光滑且具有明显的单畴特征;当0.1wt.%≤x0.2wt.%时,样品仍具有明显的单畴特征,只是单畴样品的表面出现凸起的规则台阶状的条纹;当x≥0.2wt.%时,虽然样品仍具有明显的单畴特征,但样品的表面不仅出现了台阶状的条纹,而且样品已无法保持其原有的圆柱体形貌,并向柱体外侧突出成四个扇瓣状.样品的磁悬浮力和捕获磁通密度随着x增大呈先增大后减小趋势,当x=0.05 wt.%时磁悬浮力最大为36.57N(77K,0.5T),捕获磁通密度最大为0.32T(77K,永磁体充磁).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.