三籽晶YBCO块材阵列中缝隙变化对其电磁力的影响

利用自制的实验设备,采用两种不同结构的永磁轨道,本文实验研究了由三块多籽晶YBCO超导块材组成的超导阵列的悬浮力和导向力随块材之间缝隙的变化关系,分析了块材之间的电磁相互作用对其悬浮力的影响。结果表明,块材之间的相互作用对其悬浮力的影响很弱,而块材之间间隙的改变对其悬浮力和导向力的影响却非常明显,具体表现为:对于正上方水平磁场分量占优的永磁轨道,增加块材之间的间隙会提高导向稳定性,但同时会降低悬浮能力;对于正上方竖直磁场分量占优的永磁轨道,增加块材之间的间隙会提高悬浮能力,但同时会降低导向稳定性。由此可见,对于一个给定的磁悬浮系统,可以简单地通过改变块材之间的间隙来满足不同应用条件下对悬浮能力和导向稳定性的需求。     

熔融织构YBCO块材表面俘获磁场研究

用霍尔探头系统在７７Ｋ温度下，测量了顶部籽晶技术制备的熔融织构ＹＢＣＯ超导块在场冷后的表面俘获磁场的三维分布，并画出了其二维等高线图．结果表明，对单畴样品，俘获磁场分布图仅有一个峰，其二维等高线基本呈中心轴对称分布．在约０．５Ｔ的磁化场下，测得的最大俘获场为１７０ｍＴ．而对非单畴样品，俘获场的三维分布不是单峰，其二维等高线分布与样品晶畴的表观形貌相一致，即ａｂ面与样品表面平行的大畴区域俘获场最大，其余部分的俘获场较小．因此，可以认为由俘获场的测量能够检测样品内的结晶状况，一般情况下，单峰对应单畴，多峰对应多畴，在多畴间存在弱连接的大角晶界．     

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．     

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.     

脉冲场励磁YBCO块材俘获磁通特性

研究了熔融织构法制备的单畴高温超导YBaCuO块材在脉冲场下的俘获磁通特性。分别测试了YBCO块材在不同强度脉冲场下的俘获磁场,并对实验结果进行了分析。实验发现:YBCO块材在脉冲场输入电压小于300V时的俘获磁场,随着外加脉冲场强度的增加而增加;而脉冲输入电压大于300V时,俘获磁场并没有继续增加。实验获得的超导块材俘获磁场图形呈现出明显的十字结构,这是由于块材采用顶部籽晶熔融织构生长技术、存在五个生长区域、不同生长区域及边界处临界电流密度的不同而导致的。     

单畴YBCO块材的晶粒取向对磁悬浮力的影响

熔化生产工艺是制备高性能ＹＢＣＯ块材的重要方法。用该方法制备的直径为Х３０ｍｍ的单畴ＹＢＣＯ块材在７７．３Ｋ下磁悬浮力达７０Ｎ。将该样品按晶体的取向不同切割成尺寸为３．５×３．５×５ｍｍ＾３的一组样品,分别对其磁悬浮力进行测量。结果发现,取向不机样品的磁悬浮力随着ｃ轴与磁场方向夹角θ（０≤θ≤９０°）的增加而单调减小。在此基础上,提出了一个简单的物理模型,通过计算对实验结果作了满意的解释。     

时变外磁场中高温超导块材导向力性能的数值模拟

基于Bean临界态模型,针对目前的高温超导磁悬浮车系统,提出了一种模拟计算方法,该方法可计算在时变外磁场中块材导向力的衰减变化情况。通过对时变外磁场中块材温度、俘获磁通以及导向力等参数变化情况的实验结果和计算结果的对比,证实了该模拟计算方法的有效性。该模拟计算方法可用于定性研究高温超导块材的导向力性能在时变外磁场作用下的变化情况,为高温超导磁悬浮车的研究和工程实践提供了较为重要的科学依据。     

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。     

基于磁滞效应的YBCO块材磁刚度测试方法

处于外磁场中的高温超导块材具有自稳定性。这种特性使得高温超导块材在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁悬浮列车等方面,具有潜在的应用价值。非理想高温超导体具有很强的磁通钉扎特性,表现出很强的磁滞性。处于悬浮状态的高稳超导体,其稳定特性与其悬浮刚度密不可分。文中首先描述了高温超导块材磁悬浮测试系统磁刚度测试原理。此刚度测试方法充分考虑了非理想高温超导块材磁滞效应对磁刚度的影响。基于这种测试方法,研究了YBCO块材在永磁轨道上方悬浮力刚度的特性。通过与传统刚度测试方法比较,这种方法更能反应高温超导磁悬浮车实际磁刚度特性。     

大畴YBCO超导块

叙述了用熔融织构生长 ( MTG)工艺和顶部籽晶法制备大畴 YBCO超导块材的工艺过程 ;还叙述了样品磁悬浮力及冻结磁场的测量方法及所达到的性能 ;综述了大畴 YBCO超导块材潜在的实际应用。     

在Ag基带上用PLD法沉积YBCO超导薄膜的研究

Ag是目前唯一不需要隔离层的高温超导基带材料，而且研究表明，在YBCO中掺入适量的Ag，将有利于超导性能的改善和表面电阻的降低．本研究采用准分子激光法（PLD），在经不同表面处理的{110}〈110〉取向的双轴织构银基带上直接沉积了YBCO薄膜，得到了强双轴织构的超导膜，系统地研究了银基带中的孪晶、晶界等缺陷对YBCO超导微观组织的影响．     

Relationship between the magnetic field distribution and attractive force of single-domain YBCO bulk under different field cooling processes

The levitation forces under different field cooling states were measured at 77K by changing the field cooling distance Z_{fc} between a YBCO bulk and a permanent magnet. It is found that the relationship between the absolute maximum attractive force (Z_{maf}) and the corresponding gap distance (Z_{maf}) to F_{maf} can be well described by exponential laws as a function of Z_{fc}, which allow us to predict these values according to Z_{fc}. It is also found that the distance between the Z_{0fa} (gap distance corresponding to the zero force) and Z_{maf} in the ascending process is a constant value, which is closely related to the constant reduction factor of the axial component of flux density along the axial line of the magnet if Z_{maf}-Z_{0fa} is a constant value. These results are very interesting for fundamental research and helpful in practical designing and applications.     

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.     

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.     

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.     

高温超导磁悬浮飞轮储能系统样机

在日益严峻的能源问题背景下,为展示无源高温超导磁悬浮技术在能量储存领域的应用前景,我们设计制作了一台全高温超导磁悬浮形式的飞轮储能样机.样机主要由高温超导磁悬浮轴承、飞轮转子、永磁电机和电路控制及负载部分组成.上下两个轴向型高温超导磁悬浮轴承用于悬浮和稳定飞轮转轴,直径200mm重量1.4kg的飞轮转子作为储能载体,最高可实现13000r/min的转速.在演示运行中,采用灯泡作为负载,该样机完成了从电能→机械能→电能的相互转换.     

TFA-MOD方法制备YBCO超导薄膜研究

采用TFA-MOD方法在LaAlO3(001)单晶基片上制备了性能良好的YBCO超导薄膜:临界电流密度(Jc)可达3MA/cm2(77K,0T),超导转变温度Tc≈90K,转变宽度ΔTc=0.5K,其一次涂层厚度达338nm.通过X射线衍射(XRD)分析表明YBCO具有纯c-轴取向、无a-轴取向的晶粒存在.ω扫描分析表明该YBCO薄膜具有很好的面外外延性,其摇摆曲线的半高宽(FWHM)为0.653°. 用SEM分析也表明膜的表面无裂纹存在,表面平整,没有a轴晶粒生长.     

YBCO高温超导磁体临界电流密度快速确定方法

基于绘图法基本原理,以及YBCO高温超导带材的临界电流特性,采用有限元电磁场分析软件AnsoftMaxwell建立了空心圆柱磁体模型.根据磁场分布、并考虑到带材的临界电流密度随磁场大小和方向的变化关系,给出了影响磁体工作电流特性的磁场的分布.基于以上工作提出了一种利用Ansoft电磁场分析软件快速确定YB-CO高温超导带材临界电流密度的方法.     

缓慢退磁的超导圆盘中的俘获场

本文提出了一个系统的理论框架计算通过场冷过程磁化的超导圆盘中的俘获场和温度分布.此计算基于电流运动方程,考虑到电流密度是温度和磁场的函数,考虑到在正常区和超导区由磁通运动产生的热耗散.计算结果和最近不同研究组的实验结果一致.