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.     

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.     

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.     

不同粒径纳米Y2Ba4CuBiOy 相掺杂对TSIG法单畴YBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔渗方法(TSIG), 研究了不同粒径纳米Y₂Ba₄CuBiO_y粒子对单畴YBCO超导块材的生长形貌、微观结构及其磁悬浮力的影响.实验所用纳米Y₂Ba₄CuBiO_y粉体的平均粒度分别为283.0 nm, 170.4 nm以及82.5 nm, 每种粉体在YBCO超导块材中的含量均为2 wt%. 研究结果表明: 在掺杂量为2 wt%的情况下, Y₂Ba₄CuBiO_y粉体的粒度并不影响样品的宏观形貌, 均可制备出单畴YBCO块材; 并且成功地将纳米Y₂Ba₄CuBiO_y粒子引入单畴YBCO块材中, 且使其均匀分布, 但样品中的Y₂Ba₄CuBiO_y粒子均小于其初始粉体的粒度, 分别减小到270 nm, 150 nm和50 nm; 随着Y₂Ba₄CuBiO_y粉体初始粒度的减小, 样品的磁悬浮力逐渐增大, 分别为10 N, 17 N, 22 N. 该结果为进一步研究纳米磁通钉扎中心的引入方法及提高YBCO超导块材的性能有重大意义.     

ZrO_2的掺杂对于单畴YBCO超导块材的影响

研究了在Y211中掺入ZrO2对于用顶部籽晶熔渗方法制备YBCO块材的影响,以及不同掺杂比例对于样品表面形貌和磁悬浮力的影响.实验表明,随着ZrO2掺杂量的增加,样品的磁悬浮力有增大的趋势.这种现象可能是由于ZrO2的掺杂在样品中形成了磁通钉扎中心,有效的提高了超导体的物理性能.     

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.     

CeO_2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),分别制备出了直径为17mm的掺杂和未掺杂CeO2的单畴GdBCO超导块材,其中样品中CeO2的掺杂量为1wt%,并且研究了CeO2的掺杂对样品形貌、微观结构、磁悬浮力、以及捕获磁通的影响.研究表明了CeO2的掺杂影响超导块材的生长速率,在微观形貌上,CeO2的掺杂使样品中Gd2BaCuO5(Gd211)粒子的分布更加均匀且粒度明显变小,其平均粒径约从原来未掺杂的5.49μm减小到1.32μm,并且块材中的气孔也明显减小,从而使样品的磁悬浮力从23.06N增加到31.42N,捕获磁通从0.288T增加到0.354T.这对进一步提高超导块材的性能具有重要的指导意义     

BaO掺杂对单畴GdBCO超导块材性能的影响

采用改进后的顶部籽晶熔渗生长(M-TSIG)工艺,通过在固相先驱粉体中掺杂不同含量的BaO来有效地抑制GdBCO样品生长过程中出现的Gd/Ba替换现象,从而成功地制备出了一系列单畴Gd BCO超导块材,并且对样品的宏观形貌、磁悬浮力、捕获磁通密度及临界温度等超导性能进行了研究.结果表明,随着BaO掺杂量的增加,样品的熔化温度(T_m)及包晶反应温度(T_p)均出现逐渐降低的趋势;同时,当样品中BaO的添加量在2wt%—4wt%时,可以在一定的程度上有效提高Gd BCO样品的磁悬浮力、捕获磁通密度及临界温度等超导性能.     

Ni2O3掺杂对新固相源顶部籽晶熔渗生长法制备单畴GdBCO超导块材超导性能的影响

本文通过在新固相源中添加Ni₂O₃的方法, 采用顶部籽晶熔渗生长工艺(TSIG)制备出组分为(1-x) (Gd₂O₃+1.2BaCuO₂)+x Ni₂O₃、直径为20 mm的单畴GdBCO 超导块材(其中x = 0, 0.02, 0.06, 0.10, 0.14, 0.18, 0.30, 0.50 wt%), 并研究了Ni₂O₃的掺杂量x对样品的表面生长形貌、微观结构、临界温度T_c、磁悬浮力以及俘获磁通密度的影响. 研究结果表明, 当Ni₂O₃的掺杂量x在0–0.50 wt%的范围内时, 均可制备出单畴性良好的样品, 且Ni₂O₃的掺杂对样品中Gd211粒子的分布和粒径没有明显的影响. 在Ni₂O₃的掺杂量x从0增加到0.50 wt%的过程中, 样品的临界温度T_c呈现下降的趋势, 从x=0时的92.5 K下降到x=0.50 wt%时的86.5 K, 这是由于Ni^{3 +}替代GdBCO晶体中Cu^{2 +}所致; 样品磁悬浮力和俘获磁通密度均呈现先增大后减小的变化规律, x=0.14 wt%时, 磁悬浮力达到最大值34.2 N, x=0.10 wt%时, 俘获磁通密度达到最大值0.354 T. 样品磁悬浮力和俘获磁通密度的变化规律与Ni₂O₃的掺杂量x有密切关系, 只有当掺杂量x合适时, Ni³⁺对Cu^{2 +}的替代既不会造成T_c的明显下降, 但又能产生适量的Ni^{3 +}/Cu²⁺ 晶格畸变, 从而达到提高样品磁通钉扎能力和超导性能的效果.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

TSPMP法制备的单畴GdBaCuO块材的磁悬浮力和捕获磁通的特性研究

本文对φ20mm,φ30mm的GdBaCuO超导块材在液氮温区的磁悬浮特性及捕获磁通进行了研究,77K零场冷条件下,GdBaCuO超导块材磁悬浮力密度在2～10N/cm2.对不同Gd211含量的GdBaCuO超导块材的磁悬浮力和捕获磁通性能进行了对比,发现对φ30mm的样品,40%molGd211(Gd1.8)的GdBaCuO超导块材捕获磁通性能最高.同时对比了GdBaCuO和YBCO超导块材的磁悬浮力和捕获磁通性能,结果表明GdBaCuO与YBCO超导块材在相同的磁悬浮力性能下,捕获磁通性能大于YBCO超导块材.     

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.     

Ca掺杂对YBa2Cu3O7-δ超导块材性能影响的研究

用固相反应法制备了掺杂 Ca和不掺杂 Ca的 Y1 - x Cax Ba2 Cu3O7-δ超导块材。主要研究了 Ca掺杂对 Y1 - xCax Ba2 Cu3O7-δ(x≤ 0 .3)超导体性能的影响 ,采用标准四引线法测量了样品的 R - T和 I - V曲线。实验结果表明 :在YBCO超导体中掺杂适量的 Ca后临界温度 TC有所下降 ,样品的临界电流 IC有所增加 ,弱磁场下的 IC- H曲线下降幅度很平稳 ,这表明适量的 Ca掺杂有利于改善 YBCO超导体的临界电流性能     

纳米粘土增强环氧树脂复合材料抗原子氧性能的研究

本文采用激光爆破法高能原子氧束源研究了纳米粘土增强环氧树脂复合材料的抗原子氧性能. 研究了四种样品：纯环氧树脂,纳米粘土含量为1 wt%,2 wt%和4 wt%的纳米粘土增强环氧树脂复合材料,结果表明腐蚀深度随着纳米粘土含量的增加而降低,当掺杂纳米粘土含量为4 wt%时,腐蚀深度为纯环氧树脂腐蚀深度的28%∽37%;X射线光电子能谱(XPS)分析表明原子氧轰击后,材料表面C-C/C-H键比例减少,C-O键、酮类比例增加,表面氧化程度增加,掺杂纳米粘土的材料表面生成了新的碳酸盐,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料表面氧化程度增加最小;扫描电子显微镜(SEM)结果显示含有纳米粘土的复合材料表面被原子氧轰击后在纳米粘土团簇处形成了“块状”物质,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料,“块状”物质尺寸和分布密度最大;综合腐蚀深度,XPS,以及SEM结果表明,虽然所有表面都一定程度地被原子氧腐蚀和氧化,但掺杂纳米粘土的复合材料表面由于生成了“块状”物质,阻挡了原子氧进一步腐蚀其下的材料,提高了抗原子氧性能.     

纳米粘土增强环氧树脂复合材料抗原子氧性能的研究（英文）

本文采用激光爆破法高能原于氧束源研究了纳米粘土增强坏氧树脂复合材料的抗原子氧性能.研究了四种样品:纯环氧树脂,纳米粘土含量为1 wt%,2 wt%和4 wt%的纳米粘土增强环氧树脂复合材料,结果表明腐蚀深度随着纳米粘土含量的增加而降低,当掺杂纳米粘土含量为4 wt%时,腐蚀深度为纯环氧树脂腐蚀深度的28%～37%;X射线光电子能谱(XPS)分析表明原子氧轰击后,材料表面C-C/C-H键比例减少,C-O键、酮类比例增加,表面氧化程度增加,掺杂纳米粘土的材料表面生成了新的碳酸盐,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料表面氧化程度增加最小;扫描电子显微镜(SEM)结果显示含有纳米粘土的复合材料表面被原子氧轰击后在纳米粘土团簇处形成了"块状"物质,掺杂4 wt%纳米粘土的复合材料,"块状"物质尺寸和分布密度最大;综合腐蚀深度,XPS,以及SEM结果表明,虽然所有表面都一定程度地被原子氧腐蚀和氧化,但掺杂纳米粘土的复合材料表面由于生成了"块状"物质,阻挡了原子氧进一步腐蚀其下的材料,提高了抗原子氧性能.