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.     

Y_2Ba_4CuZrO_y掺杂对单畴YBCO超导块材磁悬浮力的影响

采用顶部籽晶熔渗方法(TSIG)制备出直径为20mm的系列单畴YBCO块材,样品的成分为Y2Ba4CuZrOy(YZr2411):(Y2O3+1.2BaCuO2)=x:(1-x),其中,x=0、2、4、6、8、10,单位为wt%,并研究了不同掺杂量对块的表面形貌,磁悬浮力和微观结构的影响.结果表明,样品的表面形貌与YZr2411的掺杂量密切相关,当x≤2wt%时样品表面光滑且有明显的单畴性;当x≥4wt%时表面出现条形花纹.当x增大到8wt%以上时,样品就不能再保持原有的圆柱体形貌,而是向柱体外侧突出成四个扇瓣状.样品的磁悬浮力随着x增大先增大后减小,当x=6wt%时磁悬浮力最大为35.8N.样品显微结构表明,通过这种方法可以在YBCO超导块中引入纳米量级的YZr2411粒子,这些纳米粒子能够有效地提高YBCO超导材料的磁通钉扎能力.     

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     

金刚石层厚度对复合片(PDC)残余应力的影响

 通过X射线应力测试和有限元分析相结合的方法,研究了金刚石层厚度对聚晶金刚石复合片（PDC）残余应力的影响,并根据实验测试结果推导出了PDC表面中心与边缘的应力随金刚石层厚度变化的关系式。随着金刚石层厚度由0.5 mm增加到2.0 mm,PDC表面中心的压应力从1 800 MPa下降至700 MPa左右,而边缘部分的应力逐渐由压应力转为拉应力。金刚石层加厚虽然对边缘部分的最大拉应力影响不大,但使PDC边缘拉应力区宽度由0.76 mm增加到了2.85 mm。金刚石层厚度的增加还使得PDC边缘界面附近y方向的最大拉应力和位于界面边缘处的最大剪应力显著加大,这是金刚石层较厚的PDC界面容易产生裂纹的主要原因。     

NiFe2O4纳米粒子掺杂对单畴YBCO超导块材性能的影响

采用一种新型的顶部籽晶熔渗生长(TSIG)工艺制备了铁酸镍(NiFe₂O₄,NFO)纳米粒子掺杂的YBCO超导块材,并对其生长形貌、微观结构、超导性能进行了研究.结果表明,在低掺杂量下,YBCO单畴体的正常生长不会受NFO掺杂的影响,但是在高掺杂水平下样品边缘开始出现明显的随机成核.磁悬浮力性能测试结果表明,随着NFO掺杂量的增加,样品的最大磁悬浮力先增大后减小,掺杂重量百分比为0.2%的样品表现出最大的磁悬浮力(33.93N).低温磁性测试结果表明,随着NFO掺杂量的增加,样品的T_c值逐渐降低,而且超导转变宽度(ΔT_c)也逐渐变宽.最佳掺杂下(重量百分比为0.2%)样品的零场J_c值为8.68×10⁴ A/cm²,比未掺杂样品提高了31%.电子探针微区分析(EPMA)结果表明,YBCO体系中掺杂的纳米NFO在热处理过程中发生了分解,而溶解出的Ni和Fe离子最终以元素替代的方式存在于YBCO块材内,这可以在超导基体中引入晶格畸变和弱超导...     

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.