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.     

α-Fe_2O_3的掺杂对高温超导块材GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的性能的影响

本文利用顶部籽晶熔融织构的方法成功地生长出掺杂不同含量的α-Fe2O3粉末的单畴GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材,并对掺杂后的GdBa_2Cu_3O_(7-δ)块材的临界电流密度、捕获磁场、微观结构等进行测量和分析.掺杂α-Fe2O3粉末的摩尔比x分别为x=0,0.1,0.2,0.4,0.8mol%(x为α-Fe2O3粉末相对于GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的摩尔比).我们发现在超导块材中掺杂α-Fe2O3粉末之后,块材的临界电流密度JC和捕获磁场强度相对于未掺杂的块材有了明显的提升,这说明α-Fe2O3粉末作为第二相引入的确能够改善超导块材的性能.值得注意的是,α-Fe2O3掺杂量x=0.1mol%时,不降低临界转变温度(93.5K)的同时临界电流密度JC可以达到68000A/cm2,而捕获磁场能够提升到0.15T左右.微观结构观察中发现,伴随着α-Fe2O3粉末的掺杂,Gd2BaCuO5粒子呈现出更好的分布性且Gd2BaCuO5粒子的粒径从最初的2.19μm降低到1.31μm左右.这可能是引起超导性能改善的重要原因.这些结果对今后进一步提高超导块材GdBa_2Cu_3O_(7-δ)的各方面性能提供一定的帮助.     

Gd211、Gd2O3的添加对PMP法制备的Gd-Ba-Cu-O超导块材性能的影响

对于Gd-Ba-Cu-O超导体的制备,因为Gd3+对Ba2+位替代程度很小,所以,即使在空气中制备的Gd-Ba-Cu-O超导体,也具有相当好的Jc-B特性,从实际应用观点来看,是很具有吸引力的.本文采用"粉末熔化处理法 (PMP)"在空气中制备Gd-Ba-Cu-O,研究Gd211和Gd2O3的添加对Gd-Ba-Cu-O超导性能的影响.研究表明过量的Gd211(Gd2O3)的添加可以减小弥散分布在Gd-Ba-Cu-O超导块的Gd211粒子,提高Gd-Ba-Cu-O块材的超导性能.但过多的Gd211的添加会使相应的Gd123相减少,从而降低了样品的超导性能.由本实验结果可看出Gd211的最佳添加量为20mol%.将Gd211替换为Gd2O3,其过量的添加同样提高了Gd-Ba-Cu-O块材的超导性能,Gd2O3的添加也存在一个最佳添加量,为15mol%.由于Gd2O3形成Gd211的同时,消耗了Ba原子,并同时提高了Gd的浓度,造成Gd-Ba固溶度的增加,导致Gd-Ba-Cu-O块材的超导性能下降,因此Gd2O3的最佳添加量要小于Gd211的最佳添加量.     

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.     

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.     

不同厚度的Nd123片层的2-2复合籽晶对SmBCO样品生长的影响

采用MgO单晶与NdBa2Cu3O7-δ(Nd123)粉体的2-2复合体籽晶可以充分利用MgO与NdBCO籽晶的优势,对SmBCO晶体的生长起到了很好的诱导作用,成功制备出单畴SmBCO超导块材.本文采用不同厚度的Nd123片层和MgO单晶作为2-2复合体籽晶通过顶部籽晶熔渗生长工艺(TSIG)制备SmBCO超导块材,研究了Nd123片层的厚度对SmBCO样品生长的影响.结果表明,随着Nd123片层厚度的增加,样品的单畴形貌逐渐消失,并且出现了随机成核.通过对样品的生长特性和微观结构的研究,阐明了不同厚度的Nd123片层对SmBCO晶体生长形貌的影响机制.     

纳米微粒BaFe12O19掺杂对单畴超导块材GdBa2Cu3O7-δ性能的影响

磁通钉扎性能对GdBa₂Cu₃O_7-δ超导块材的实际应用具有重要的影响, 而引入合适的第二相粒子可以改善GdBa₂Cu₃O_7-δ 超导块材的磁通钉扎性能.本文采用顶部籽晶熔融织构法成功地制备出纳米微粒BaFe₁₂O₁₉(<100 nm)掺杂的超导块材, 样品的最终组分为Gd123+ 0.4 Gd211+ x BaFe₁₂O₁₉ (x=0, 0.2 mol%, 0.4 mol%, 0.8 mol%)+ 10 wt%Ag₂O+ 0.5 wt%Pt. 通过研究不同掺杂量的BaFe₁₂O₁₉微粒对GdBa₂Cu₃O_7-δ 超导块材微观结构和超导性能的影响, 结果表明当掺杂量为0.2 mol%时, 样品的临界电流密度几乎在整个外加磁场下都有明显的提高.在零场下, 临界电流密度达到5.5× 10⁴ A/cm². 纳米微粒BaFe₁₂O₁₉不仅可以保持掺杂前的化学组成, 作为有效的钉扎中心存在于超导块材中, 并且能够改善Gd₂BaCuO₅粒子的分布和细化Gd₂BaCuO₅粒子, 使Gd₂BaCuO₅粒子的平均粒径由未掺杂时的1.4 μ m减小到掺杂后的0.79 μ m, 进而提高了超导块材的临界电流密度和俘获磁场, 明显提高了GdBa₂Cu₃O_7-δ 超导块材的超导性能.临界温度T_C也有所提升, 并能够维持在92.5 K左右. 该结果为进一步研究纳米磁通钉扎中心的引入并改善GdBa₂Cu₃O_7-δ 超导块材的性能有着重要的意义.     

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.     

Y0.5Gd0.5Ba2Cu3O7-δ体系中通氧时间对超导转变温度的影响

研究了高温氧化物超导体Y0.5Gd0.5Ba2Cu3O7-δ体系中通氧时间对超导转变温度及超导转变温区的影响。Y0.5Gd0.5Ba2Cu3O7-δ样品是按相等摩尔数的Gd与Y元素配比,采用传统的固相反应法烧结而成的多晶块材。实验结果显示:Y0.5Gd0.5Ba2Cu3O7-δ烧结样品与YBa2Cu3O7-δ烧结样品均具有很好的单相性,在一定的通氧条件下其超导临界转变温度TC与超导初始转变温度TCO值相对YBa2Cu3O7-δ烧结样品有提高。文中对此结果进行了讨论。     

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.     

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.     

Improvement of microstructure and mechanical properties of large single domain GdBaCuO superconductor with low void density

We fabricated large single domain of GdBaCuO (Gd-123) densified superconductor with a seeding and temperature gradient method in oxygen at the melt stage then in air at the growth stage for future applications such as a superconducting flywheel for energy storage system, magnetic separation, motor, current lead, and a bulk magnet. The innovative melt-textured single domain of Gd-123 system superconductor with low void density was about 46 mm in diameter and 15 mm in thickness. Gd-123 densified superconductors are expected to have high J_c and trapped magnetic field properties with higher mechanical strength. In this paper, we discuss processing, superconducting and mechanical properties of the densified Gd-123 bulk for improving the microstructure and strength of the RE-123 bulk. The relation between the microstructure and the flexural strength of the Gd-123 bulk was clearly shown.     

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     

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.     

Enhancement of critical current density in Gd123 bulk superconductor doped with magnetic powder

We studied the materials processing to grow high performance magnet with doping of magnetic powder as candidature of pinning centers. The magnetic powder was doped into Gd123 matrix and grew into single domain bulk in air. With doping magnetic powder in Gd123 bulk superconductors, the flux pinning was enhanced and the underlying mechanism was discussed. The experimental results showed that suitable amount of magnetic powder inclusion can be effect as pinning center to enhance the J_c of the bulk both in low magnetic field and high magnetic field, which was different from the bulk doped with paramagnetic nano-scaled particles. The T_c of the bulk was suppressed obviously with the content of the magnetic powder increasing, form 93.0 K without doping decrease to 90.5 K with 0.12 wt.% doping. This is consistent with that the magnetic impurities generally suppress superconductivity. We report the detailed results from the viewpoint of practical application to increase the integrated flux trapped inside the bulk.     

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     

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.     

Fabrication of single-grain GdBa<Subscript>2</Subscript>Cu<Subscript>3</Subscript>O<Subscript>7−<Emphasis Type="Italic">x</Emphasis></Subscript> bulk superconductors with a new kind of liquid source by the top seeded infiltration and growth technique

Compared to the conventional melt growth (MG) method, the top seeded in- filtration and growth (TSIG) process is an effective way for preparing bulk REBa₂Cu₃O_7−x (RE-123) with finely dispersed RE₂BaCuO₅ (RE-211) particles. However, it is more complicated and time-consuming, because three kinds of precursor powders, namely, RE-211, RE-123 and BaCuO₂, have to be prepared for the conventional TSIG process. In this paper, a new liquid source (NLS) composed of RE-211 and Ba₃Cu₅O₈, was proposed for simplifying the TSIG process, which is different from the regular liquid source (RLS) composed of RE-123 and Ba₃Cu₅O₈. In this modified TSIG technique, we need to prepare only RE-211 and BaCuO₂ powders. Single-grain GdBa₂Cu₃O_7−x (GdBCO) bulk superconductors have been fabricated using the RLS and NLS separately. The morphology, microstructure and levitation force of the bulk GdBCO have also been investigated. The results indicate that the NLS can be used to simplify the process flow and improve the efficiency on the fabrication of single-grain GdBCO superconductors.