控轧控冷技术应用在Bi-2223/Ag超导带材制备过程中的研究

控轧控冷技术在钢铁中厚板材的应用已趋成熟,采用控轧控冷技术制备的中厚板材具有组织均匀、晶粒细小、机械性能高等优点.Bi-2223/Ag超导带材制备过程需经过多次反复的热处理和中间轧制过程,本文结合控轧控冷工艺特点,通过控制带材中间轧制制度和控制热处理冷却速度,研究了压下量和冷却条件对Bi-2223相变和其微观结构的影响,并借助SEM、XRD等方法对带材样品进行了观察,实验结果表明:合理的控轧控冷条件能够改善Bi-2223/Ag的微观结构并能够有效提高其电性能.这为控轧控冷技术在Bi-2223/Ag超导带材制备中的应用提供了初步理论依据,同时为形变热处理工艺提供了新的优化方向.     

前驱粉末对（Bi，Pb）-2223／Ag超导带材临界电流密度的影响

采用双相粉工艺即分别制备出2212粉末和（Ca2CuO3＋CuO）粉末，将它们分别热处理后，按照2223比例混合均匀，分别在四个不同温度下（800℃，815℃，830℃，845℃）进行了10h的烧结，并采用PIT技术制备出37芯超导带材．通过X射线衍射、SEM观察和临界电流的测试，分析了粉末不同烧结温度对（Bi，Pb）-2223／Ag超导带材临界电流密度的影响．结果表明：采用不同的前驱粉末制备的带材具有不同的临界电流密度，最佳的前驱粉末最终烧结温度是830℃左右．     

Bi-2223／Ag超导带HT1降温工艺与Ic关系研究

热处理工艺对于Bi-2223／Ag超导带性能具有决定性作用，热处理过程中不适当的处理温度、保温时间以及在特定温区内不合适的升降温速率，都会导致Bi-2223／Ag带超导性能的降低．本文研究了在2223相基本生成之后第一次热处理（HT1）降温过程中影响临界电流Ic的温度范围和降温速率．实验证明，HT1的降温过程对Ic有着不可忽视的影响．在800℃～200℃范围内任何附加的保温都会使Ic降低，其中尤以710℃～350℃严重．在此温度范围内，于21％O2分压气氛下，当2223相成相率为～80％时，小于70℃／h的降温速率将使Ic明显下降．XRD的结果发现，较高Ic样品总是含有相对含量为1．8％左右的2212相，在Ic较低的样品中却没有发现2212相，只是3221相稍多．SEM揭示：HT1后经附加热处理的样品中，2223相微裂纹增多，所析出的CuOy尺寸增大而且分布不均匀，这些都造成2223相的连接性变差，使Ic降低．     

多芯Bi-2223/Ag带材交流损耗的特性研究

Bi-2223/Ag是一种很有前景的高温超导带材,交流损耗是高温超导在大规模电力应用方面的瓶颈,如何降低Bi-2223/Ag中的交流损耗是人们一直关注的问题。带材超导部分的横截面形状对交流损耗有很大的影响,前人曾通过双轴轧制等工艺制造矩形截面的带材,以降低其交流损耗;另有人在单芯带材中得到了环状结构,从中发现可降低交流损耗。本论文尝试利用抽换芯工艺制造多芯环状截面的Bi-2223/Ag高温超导带材,以期降低带材的交流损耗。论文中,通过解析方法计算了临界态模型下,临界电流密度在径向上分布不均匀的超导体的交流损耗特性,并得到结论:带材的外围临界电流密度越高,交流损耗性能越好。     

前驱粉末对(Bi,Pb)-2223/Ag超导带材临界电流密度的影响

采用双相粉工艺即分别制备出2212粉末和(Ca2CuO3 CuO)粉末,将它们分别热处理后,按照2223比例混合均匀,分别在四个不同温度下(800℃,815℃,830℃,845℃)进行了10h的烧结,并采用PIT技术制备出37芯超导带材.通过X射线衍射、SEM观察和临界电流的测试,分析了粉末不同烧结温度对(Bi,Pb)-2223/Ag超导带材临界电流密度的影响.结果表明:采用不同的前驱粉末制备的带材具有不同的临界电流密度,最佳的前驱粉末最终烧结温度是830℃左右.     

Bi-2223/Ag超导带材的失超传播速度研究

文中对超导带材的失超产生机理进行了详细分析,建立了其失超传播的计算模型。在此基础上,对Bi-2223/Ag高温超导带材失超传播进行了实验研究,用四引线法测得不同条件下其失超传播的U-t曲线,由此计算出Bi-2223/Ag超导带材的失超传播速度为0.4cm/s～1.98cm/s。实验结果表明:带材的失超传播速度与载流大小有关,与触发失超的能量无关,带材载流越大,失超传播得越快。     

不同截面尺寸Bi-2223多芯带材的错配角

采用输运电流方法测试了37芯Bi2223带材的平均错配角．带材的错配角随带材厚度的降低而减小，同时带材Jc升高．但过薄的带材由于加工不稳定易导致Ag／超界面不规则现象，并破坏界面晶粒取向，造成错配角增大．     

Bi系多芯丝超导带材的超导性能与微观组织分析

本文采用XRD和SEM技术分析了具有不同临界电流密度（Jc）的Bi系多芯超导带材．结果表明，样品中Bi-2223晶粒高度取向排列，其取向因子F值在0．947-0．977范围内．SEM分析结果发现，高Jc样品中在平行于带材平面的片状的Bi-2223晶粒的晶界处残留的杂质主要为CuO晶粒，它与Bi-2223晶体结合紧密．在低Jc的样品中，Bi-2223晶片边界存在的杂质颗粒尺寸较大，其成分为（St，Ca）CuO和CuO的混合体．样品的横断面和纵断面的SEM观察发现，在高性能的样品中，芯丝烧结体的致密度较高．枝条状Bi-2223晶体穿过银层，在芯丝之间形成了很强的连接体．本文讨论了临界电流密度与微观组织的关系．     

Bi-2223/Ag超导带HT1降温工艺与Ic关系研究

热处理工艺对于Bi-2223/Ag超导带性能具有决定性作用,热处理过程中不适当的处理温度、保温时间以及在特定温区内不合适的升降温速率,都会导致Bi-2223/Ag带超导性能的降低.本文研究了在2223相基本生成之后第一次热处理(HT1)降温过程中影响临界电流Ic的温度范围和降温速率.实验证明,HT1 的降温过程对Ic有着不可忽视的影响.在800℃～200℃范围内任何附加的保温都会使Ic降低,其中尤以710℃～350℃严重.在此温度范围内,于21%O2分压气氛下,当2223相成相率为～80%时,小于70℃/h的降温速率将使Ic明显下降.XRD的结果发现,较高Ic样品总是含有相对含量为1.8%左右的2212相,在Ic较低的样品中却没有发现2212相,只是3221相稍多.SEM揭示:HT1后经附加热处理的样品中,2223相微裂纹增多,所析出的CuOy尺寸增大而且分布不均匀,这些都造成2223相的连接性变差,使Ic降低.     

Pr离子缺陷对Bi-2223／Ag带材磁通涡旋运动的影响

Pr部分替代Ca可以在Bi-2223的超导层中引起局域缺陷（简称Pr离子缺陷），本文分析了不同含Pr量的Bi-2223／Ag带材在垂直于带面的外场下电阻转变特性，研究了其磁通钉扎势垒的变化规律．结果表明：Pr离子缺陷显著提高了Bi-2223带材的磁通钉扎势垒（U）．不同含Pr量样品的磁通钉扎势垒（U）均满足U／（1-Tirr／Tco）（1／H^α的规律．其不同α值反映了样品中不同的磁通蠕动方式．在不含Pr离子缺陷的样品中．磁通主要以双弯结的方式进行蠕动，含Pr离子缺陷的样品中磁通蠕动主要以直接剪切的方式进行．     

几种Bi-2223/Ag超导带材层状复合结构的制备及性能研究

本文利用Bi-2223/Ag高温超导带材与抗拉强度σb为700MPa的铜带进行组合,带材宽度面间采用低熔点的Sn-Ag-Cu无铅焊料进行连接,制备了C-SC-C型、SC-C-SC型(C代表铜带,SC代表高温超导带)等四种层状复合结构.研究和考察了四种结构样品在室温下的拉伸性能和弯曲性能,以及电性能等.测试结果表明:与高温超导带材相比,复合后结构的拉伸性能得到了提高;复合结构中采用两根高温超导带材后,提高了传输电流的能力.研究结果为Bi-2223/Ag高温超导带材的实际应用以及新应用结构的设计提供了参考数据和实验依据.     

Bi-2223/Ag高温超导带临界电流各向异性的实验测量及分析

本文介绍了Bi-2223/Ag高温超导带临界电流各向异性的实验测量方法及原理,指出了在不同磁场方向(与超导带面夹角)下,Bi-2223/Ag带临界电流随直流背景磁场的变化规律以及实验应注意的问题.Bi-2223/Ag带材的各向异性决定了其临界电流对垂直于带材表面的磁场非常敏感,这是该带材在高温超导磁体等强电应用方面的不利因素.     

基于混合算法的传导冷却高温超导磁体的优化设计

遗传算法是一种行之有效的优化算法，具有很强的自适应性、鲁棒性和全局搜索能力，但其亦存在着未成熟收敛及进化缓慢等问题．为提高遗传算法的寻优性能并考虑到磁体工程实际问题,本文对遗传算法作了改进，并与局部优化算法——序列二次规划算法相结合形成一种优势互补的混合算法，并将其应用于3．2T传导冷却Bi系高温超导磁体的优化设计中，取得了良好效果．     

高温超导带材失超传播特性实验研究

采用测量多个电压节点顺序失超的方式,测量了在液氮浸泡和有包裹材料情况下不锈钢加强Bi-2223/Ag和YBCO涂层导体高温超导带材样品的失超传播速率。根据实验结果,Bi-2223/Ag高温超导带的失超传播速率约为2 cm/s,YBCO带材的失超传播速率约为0.4 cm/s,均远远低于低温超导材料的相应数值。对这一现象的原因进行了简要分析,并根据高温超导带材的这一特点,提出了在高温超导电力应用中需特别注意的问题。     

传导冷却高温超导磁体的电磁分析

本文对高温超导双饼线圈的绕制、测试和结果进行了讨论和分析，在此基础之上对传导冷却高温超导磁体进行了电磁分析，通过对6到21个双饼线圈组成的磁体的各种参数进行计算，得到了一系列变化曲线，从中可以看到各个参数的变化趋势，以便有效设计高温超导磁体。     

铁磁材料作用于Bi-2223带材临界电流的研究

主要研究了铁磁材料对Bi-2223带材的临界电流的影响。通过计算铁磁材料在不同布局下对带材磁场分布的影响,进行了相应的临界电流测试实验。分析表明,将铁磁材料垂直放在带材边缘能有效地提高带材的临界电流。     

Indirect measurement of AC current distributions in HTS tapes by a pickup coil method

It is necessary to develop HTS conductors with a large current capacity and low AC loss characteristics for practical use of HTS power devices. For large capacity power applications, HTS tapes such as Bi-2223 tapes and YBCO coated conductors are assembled. So, it is important to evaluate the characteristics of current distributions in such assembled HTS tapes. However, an adequate measurement method has not been established. In this study, we have tried the development of an indirect measurement method to evaluate the current distributions in stacked HTS tapes. In this method, the current distributions are indirectly found from the results of the field distributions measured by a pickup coil located around the surface of the sample tapes. To confirm the accuracy and the sensitivity of this method, current distributions in a test conductor made of copper tapes are measured. Numerical and measured current distributions are compared. Using this method, the current distributions in stacked Bi-2223 tapes are measured at room temperature and 77 K. On the basis of the obtained results, the characteristics of the AC current distributions in the HTS tapes are discussed.     

Bi-2223 bar current leads fabricated by the combination of cold isostatic pressing and hot-pressing

A new method using a combination of cold isostatic pressing (CIP) and hot-pressing (HP) was applied to fabricate Bi-2223 bar current leads. The critical current density (J_c) achieved by this method reached as high as 1000 A/cm² at 77 K and self-generated magnetic field. This value of J_c presented here is much higher than the best J_c reported for rod current leads which is 570 A/cm² achieved by CIP technique [Y. Yamada, Bi-based bulk current leads and their applications, in: H. Meada, K. Togano (Eds.), Bismuth-based High-temperature Superconductors, 1996, p. 277.]. The phases and microstructures were analysed by XRD and SEM. The texture and weak link were studied by pole figures and AC susceptibility, respectively. The results show that the grain connectivity, matrix density and texture of the samples were improved significantly by this method.     

Heat propagation and stability in a small high Tc superconductor coil

Using a Bi-based small high T_c superconductor (HTSC) coil, we have studied its stability against a local disturbance and current-induced quench in the helium gas cooling condition. While the stability margin of HTSC coil against a local disturbance was very large, quench current was limited by a catastrophic temperature rise which originated from the nonlinear characteristic of the Joule heating. The crucial parameter for the quench becomes the nonlinear resistance in HTSC as a function of temperature and transport current. It has been shown that the dynamic characteristics of the quench can be described quantitatively by the simplified one-dimensional heat balance equation.