MgB2超导线圈的交流损耗仿真和实验研究

本文采用MgB2/Fe/Cu单芯复合线材制作了一个小型实验线圈,并以此为基础,对用MgB2线、带材制成的线圈在承载较大电流情况下的交流损耗特性进行了仿真和实验研究,结果表明,为使MgB2/Fe/Cu复合线材适于电力应用,应设法大幅降低基体损耗.     

MgB_2/Nb/Cu多芯线材的力学性能研究

实验中对采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备的Nb芯增强,6芯、12芯和36芯等多种导体结构的Nb/Cu复合包套MgB2多芯超导线材的力学性能进行了针对性地研究;设计并加工了一套专门用于低温下MgB2线带材弯曲应力测试的样品架;研究了MgB2线带材的临界电流随弯曲应力的变化性能;同时研究了室温及低温条件下的拉伸对MgB2线材超导电性的影响。力学性能分析表明,所制备的Nb芯增强6芯MgB2超导线材在弯曲直径为80mm以上时,超导临界传输电流没有出现明显的退降,同时该线材的拉伸力学性能也比未增强线材有明显的改善。     

石墨掺杂MgB2线材制备及其超导性能研究

利用原位粉末套管法制备出石墨掺杂的MgB2-xCx／Fe（x=0．00，0．05，0．10）超导线材，采用两种工艺制度对线材进行了最终热处理．结果显示，石墨掺杂可以有效地提高MgB2线材的临界电流密度（Jc）和磁通钉扎力（Fp）．常规热处理线材的Jc（B）和Fp（B）性能均优于快速热处理的，其主要原因是不同热处理制度导致的显微结构差异．     

Nb芯增强千米级7芯MgB_2超导线材的机械性能及超导性能研究

以非铁磁性的Nb作为中心增强体和阻隔层材料,无氧铜作为稳定体包套材料,采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备了千米量级6+1芯导体结构的MgB2/Nb/Cu超导线带材,由于Nb/Cu包套材料具有良好的塑形加工性能,整个加工过程中未进行中间退火热处理,复合多芯线材最终加工到Φ1.4mm;在真空热处理炉中680℃保温2小时进行成相热处理;对烧结后的线材进行了超导电性、纵向电流分布均匀性及弯曲及拉伸力学性能等分析检测。线材的工程临界电流密度在20K,1T磁场条件下达到2.5×104A/cm2,表明该工艺能够制备实用化高性能的MgB2线带材。     

先位粉末套管法制备MgB2/Fe线材的超导性能研究

采用先位法将MgB2粉装入纯铁管中,制备出MgB2/Fe超导线材.用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了样品的物相组成和显微结构;用SQUID测量了样品的超导转变温度;用标准四引线法测量了短样的临界电流.结果显示,超导样品的临界转变温度约为38.3 K,在4.2 K/4 T下MgB2/Fe线材的临界电流密度为～104A/cm2.研究结果表明,高温退火有效地减少了冷加工过程中产生的应力,改善了晶粒连接性,提高了芯材的致密度,可以显著地提高先位法制备线材的临界电流密度.     

千米量级多芯MgB2/Nb/Cu超导线材的制备及性能研究

以无磁性的Nb作为中心增强体和阻隔层材料,无氧铜作为稳定体包套材料,采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备了千米量级7芯导体结构的MgB2/Nb/Cu超导线带材,由于Nb/Cu包套材料具有良好的塑形加工性能,整个加工过程中未进行中间退火热处理,复合多芯线材最终加工到Φ1.4mm;在真空热处理炉中680℃保温2小时进行成相热处理;对烧结后的线材进行了微观结构、超导电性、纵向电流分布均匀性及常温力学性能等分析检测.线带材的工程临界电流密度在20K,1T磁场条件下达到2.5×104 A/cm2.结果表明该工艺能够制备实用化高性能的MgB2线带材.     

热处理温度对碳掺杂MgB_2/Nb/Cu超导线材性能的影响

采用Nb/Cu复合管作为外包套材料,通过原位法粉末装管工艺(PIT)制备了C掺杂MgB2/Nb/Cu线材.在高纯流动氩气保护条件下、650～950℃温度区间内烧结2h.微观结构分析显示,通过该工艺制备的MgB2/NbZr/Cu线材具有良好的晶粒连结性和较高的致密度.X射线衍射(XRD)分析表明在750℃左右可以生成纯度较高的MgB2相,在低温和高温下烧结后均有杂相峰出现,并且高温烧结后所生成的相结构较为复杂.采用四引线法超导临界电流的测试结果表明,低温烧结后的线材具有超导电流传输性能,而当热处理温度超过750℃时,样品中的电流传输状态表现为正常电阻态.实验结果证实采用Nb作为原位法MgB2超导线材的包套阻隔层时,成相热处理一般应该在低于750℃的温度下进行.     

热处理温度对MgB2超导线材临界电流密度及磁通钉扎的影响

将化学计量比为1∶2的Mg粉和B粉直接装管,采用原位粉末套管(PIT)技术制备了MgB2/Fe线材,在四个温度条件下(650℃,750℃,850℃,950℃)进行了热处理.采用四引线法测量了不同温度和磁场下线材的临界电流密度(Jc),分析了热处理温度对磁通钉扎的影响,采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了线材中MgB2超导相的微观结构.结果表明:热处理温度对MgB2/Fe线材的Jc和磁通钉扎特性有显著影响,最佳热处理温度应为750℃.     

石墨掺杂MgB2线材制备及其超导性能研究

利用原位粉末套管法制备出石墨掺杂的MgB2-xCx/Fe (x= 0.00, 0.05, 0.10)超导线材,采用两种工艺制度对线材进行了最终热处理.结果显示,石墨掺杂可以有效地提高MgB2线材的临界电流密度(Jc)和磁通钉扎力(Fp).常规热处理线材的Jc(B)和Fp(B)性能均优于快速热处理的,其主要原因是不同热处理制度导致的显微结构差异.     

19芯Fe/Cu复合包套二硼化镁超导线制备及其超导性能研究

采用In-Situ PIT方法,以工业级低纯度B粉(92%)和镁粉(99%)为原料制备了19芯Fe/Cu复合包套MgB2超导线。断面扫描电镜观测表明,超导线内部超导芯分布排列均匀,Fe层都能完好包围MgB2芯体,Fe与Cu层结合紧密,填充因子0.17。750℃热处理1h后,样品超导转变温度Tc(onset)=33.5K,转变宽度ΔTc=4.8K。X光衍射检测发现,MgB2超导相中不存在其它Mg-B化合物杂项,但含有少量MgO和FeB2。多芯化后,超导芯中FeB2略有增加。四引线Ic测试发现,19芯样品在4.2K,4T时,临界电流密度为5622A/cm2,比单芯样品14400 A/cm2降低约2/3。     

IMD-MgB_(2)超导线材的研究进展

中心镁扩散技术(IMD)自2003年被Giunchi等人首创以来,国内外学者系统地揭示了Mg与B反应机制,MgB_(2)烧结成相过程及掺杂物的影响;IMD-MgB_(2)线材具有致密的MgB_(2)层,J_(e)远高于同等条件下传统PIT法制备的线材.目前IMD-MgB_(2)百米级线材已被成功制备,为IMD-MgB_(2)超导线材的生产应用奠定了基础.本文首先简要介绍了IMD-MgB_(2)超导线材的发展历程,其次讨论了对线材超导性能影响的相关因素,包括B粉和C掺杂、有效的MgB_(2)层密度、晶粒尺寸、粉末填充系数、线材直径、热处理条件及线材的交流损耗,最后简述了IMD-MgB_(2)超导线材目前存在的技术难题及未来的工作重心.     

实用化MgB2超导材料研究进展

本文综述了实用化MgB2超导材料的最新研究进展．最新的理论和实验结果表明通过元素替代和掺杂，有希望进一步提高MgB2超导线带材的临界电流密度和磁通钉扎特性，完全可以达到实用化要求．目前MgB2超导磁体的制备技术研究已经开始，极有可能开发出采用闭路循环制冷机制冷的核磁共振成像仪（MRI）取代现在医学上使用的基于低温超导的核磁共振成像系统．     

Superconductivity in dense MgB2 wires

MgB2 becomes superconducting just below 40 K. Whereas porous polycrystalline samples of MgB2 can be synthesized from boron powders, in this Letter we demonstrate that dense wires of MgB2 can be prepared by exposing boron filaments to Mg vapor. The resulting wires have a diameter of 160 microm, are better than 80% dense, and manifest the full chi = -1/4pi shielding in the superconducting state. Temperature-dependent resistivity measurements indicate that MgB2 is a highly conducting metal in the normal state with rho(40 K) = 0.38 microOmega cm. By using this value, an electronic mean-free path, l approximately 600 A can be estimated, indicating that MgB2 wires are well within the clean limit. Tc, Hc2(T), and Jc data indicate that MgB2 manifests comparable or better superconducting properties in dense wire form than it manifests as a sintered pellet.     

C掺杂MgB2超导线材的失超特性研究

研究了不同芯数(单芯、6芯和12芯)的C掺杂MgB2超导线材的失超特性.在制冷机环境(20K)下测量了C掺杂MgB2超导线材样品在自场下的最小触发能及失超传播速度.实验结果表明,失超传播速度随着工作电流的增大而线性增加.失超传播速度的大小跟测量位置有关,离触发区越近的传播速度越大.单芯样品的最小触发能最小,6芯和12芯线的最小触发能相差不大.最小触发能随工作电流的增加成指数形式衰减.     

Josephson effect in MgB(2) break junctions

We present the first observation of the dc and ac Josephson effect in MgB(2) break junctions. The junctions, obtained at 4.2 K in high-quality, high-density polycrystalline metallic MgB(2) samples, show a nonhysteretic dc Josephson effect. By irradiating the junctions with microwaves we observe clear Shapiro steps spaced by the ideal Delta V value. The temperature dependence of the dc Josephson current and the dependence of the height of the steps on the microwave power are obtained. These results directly prove the existence of pairs with charge 2e in MgB(2) and give evidence of the superconductor-normal metal-superconductor weak link character of these junctions.     

The effect of domain wall motion on the nondiagonal impedance component in amorphous wires with circular magnetic anisotropy

The effect of the domain wall motion on the nondiagonal impedance component in amorphous ferromagnetic wires with circular anisotropy was theoretically studied. The frequency spectrum of the electromotive force (emf) induced in the pick-up coil wound around the wire is analyzed. For sufficiently small amplitudes of the ac current passing in the wire, the emf frequency equals doubled frequency of the current. For the ac current amplitudes exceeding certain threshold value, all even harmonics appear in the frequency spectrum of the signal. The emf strongly depends on the longitudinal component of the applied magnetic field at any value of the ac current amplitude. These results can be important for developing frequency transducers controlled by magnetic field.     

超导体的交流磁化率测量

本文探讨利用交流磁化率研究超导电性.测量了MgB2样品的若干超导电参量,包括临界温度Tc,上临界磁场Hc2,临界电流密度Jc,不可逆场Hirr等与温度的关系,交流损耗与频率和温度的关系等.此外还简要介绍了交流磁化率在磁通动力学和非线性性质方面的研究方法.     

Superconductivity of MgB 2 Thin Films Prepared By CoEvaporation and Magnetism of MgB 2 /Fe Multilayers Studied By Mössbauer Spectroscopy

MgB 2 thin films and MgB 2 /Fe multilayers have been prepared by vapor deposition of the elements in vacuum. X-ray diffraction studies of the MgB 2 samples show preferred c -axis growth along the film normal direction. Superconducting transition temperatures of 18 K and 22 K have been measured before and after annealing, respectively, of an MgB 2 film of 1575 Å thickness. Atomic force microscope images show island growth of the films leading to a rough surface. Mössbauer spectroscopy on MgB 2 /Fe/MgB 2 multilayers of various Fe layer thicknesses indicates superparamagnetic behavior. Evidence is provided for the formation of interfacial amorphous (a-) Fe 3 B. The magnetic ordering of Fe and a-Fe 3 B and the size effect in MgB 2 are assumed to be the cause for the destruction of the superconductivity in the as-grown multilayers.     

电流转移对MgB_2/Fe超导带材失超传播速度的影响

在MgB2/Fe超导带材中,Fe包套与MgB2超导芯的交界处有很薄的反应层,其主要成分为Fe2B和FeB,其电阻率很高,导致当电流在基材和超导芯间转移时存在一个转移长度,在这一长度上会产生电压分布并伴随有焦耳热产生,从而影响到带材的临界电流测量和热稳定性.本文使用分布电阻模型分析了MgB2/Fe超导带材中的电流转移特点,推导出电流转移长度的公式及由于电流转移产生的焦耳热.并把电流转移产生的焦耳热加入到MgB2/Fe超导带材在绝热条件下失超传播的一维分析当中,推导出失超传播速度的公式,对超导带材失超传播速度的传统计算公式进行了改进.本文对研究MgB2/Fe复合超导带材的热稳定性分析及MgB2超导带材的实用化具有参考价值.