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Bi-2223高温超导带材的制备及工艺优化

2020-12-10阅读(316)

Bi-2223高温超导带材的制备及工艺优化

论文摘要

高温超导材料（Bi,Pb）2Sr2Ca2Cu3Ox（简称Bi-2223）,又被称为一代高温超导材料,是目前制备工艺最为成熟的实用化高温超导材料,已经在诸多领域中获得了示范性应用。Bi-2223作为一种成分复杂的氧化物陶瓷材料,其成相机理较为复杂,成相过程中涉及到多相之间的相互反应,不同反应的动力学过程均对带材的最终性能有很大影响。本文通过对热处理工艺的优化,系统研究了粉末装管工艺（PIT）过程中的关键参数对Bi-2223带材载流性能的影响规律,取得了以下研究结果。首先,分别从CaCuO2颗粒尺寸以及（Bi,Pb）2Sr2CaCu2（MBi-2212）粉末中的Sr含量两个方面对共沉淀双粉法前驱体粉末制备工艺进行了优化。得到了最优工艺下的CaCuO2颗粒尺寸为不超过750 nm,其对应的共沉淀溶液pH值为3.0。同时,对Bi-2212粉末中Sr含量进行优化,最终获得适合于双粉法Bi-2223前驱体粉末制备的最佳Sr含量为1.85,对应带材的临界电流达到128 A,临界电流密度超过21 kAcm-2.其次,采用共沉淀单粉工艺分别制备了美国超导公司（AMSC）和德国Merck公司两种不同配比的前驱体粉末。通过差热分析（DSC）、x射线衍射（XRD）分析及带材超导性能测试,阐明了粉末成分对带材微结构、相组成以及载流性能的影响并判定粉末的性能。最后,对Bi-2223/Ag带材制备工艺进行了优化,分别从装管气氛、拉拔工艺和轧制工艺三个方面展开研究。结果表明,低氧条件更适合Bi-2223相的生成,减少退火次数可改善银包套与超导芯丝之间界面（简称银超界面）的平整度,较大的轧制加工率有利于芯丝密度的提高以及Bi-2223织构度的增强。本文从前驱体粉末制备和加工方面结合热处理工艺参数的优化,系统优化了Bi-2223带材的PIT工艺过程中的工艺路线和关键参数,并获得了带材性能的显著提升。本文的结论将应用于后续Bi-2223带材的工程化开发中,为我国高温超导材料实用化进程奠定坚实的理论和实验基础。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 超导材料基本特性
  •   1.3 超导发展历程
  •   1.4 实用化超导材料发展现状
  •     1.4.1 Bi系高温超导材料
  •     1.4.2 YBCO高温超导材料
  • 2 超导材料'>    1.4.3 MgB2超导材料
  •     1.4.4 铁基超导体
  •   1.5 Bi-2223/Ag带材的制备及研究现状
  •     1.5.1 前驱体粉末的制备
  •     1.5.2 冷加工工艺
  •     1.5.3 热处理工艺
  •     1.5.4 Bi-2223/Ag带材的研究及应用现状
  •   1.6 本文的研究目的及意义
  •   1.7 本文的主要研究内容
  • 2 实验方法
  •   2.1 引言
  •   2.2 前驱体粉末的制备
  •     2.2.1 共沉淀单粉法制备前驱体粉末
  •     2.2.2 共沉淀双粉法制备前驱体粉末
  •   2.3 Bi-2223 带材加工
  •   2.4 Bi-2223 带材热处理
  •   2.5 材料表征及测试方法
  •     2.5.1 X射线衍射（XRD）
  •     2.5.2 扫描电镜及能谱分析（SEM/EDS）
  •     2.5.3 热分析－差热分析法（DTA）
  •     2.5.4 超导性能测量
  • 3 共沉淀双粉法制备前驱体粉末
  •   3.1 引言
  • 2 颗粒尺寸优化'>  3.2 CaCuO2颗粒尺寸优化
  • 2 粉末的XRD谱线分析'>    3.2.1 CaCuO2粉末的XRD谱线分析
  • 2 粉末的SEM图像分析'>    3.2.2 CaCuO2粉末的SEM图像分析
  •     3.2.3 Bi-2223 生带的SEM图像分析
  •     3.2.4 Bi-2223 烧结带材结构表征
  •     3.2.5 对三种带材轧制工艺的进一步优化
  •   3.3 （Bi,Pb）-2212 粉末成分优化
  •     3.3.1 Bi-2212 粉末XRD表征
  •     3.3.2 前驱体粉末的差热分析
  •     3.3.3 不同Sr含量Bi-2223 带材对比
  •   3.4 本章小结
  • 4 共沉淀单粉法前驱体粉末制备工艺优化
  •   4.1 引言
  •   4.2 共沉淀单粉法制备前驱体粉末
  •     4.2.1 共沉淀单粉制备工艺
  •     4.2.2 热力学分析
  •   4.3 AMSC成分前驱体粉末及带材制备工艺优化
  •     4.3.1 AMSC成分前驱体粉末烧结工艺优化
  •     4.3.2 AMSC成分带材热处理工艺优化
  •   4.4 Merck成分前驱体粉末及带材制备工艺优化
  •     4.4.1 Merck成分前驱体粉末烧结工艺优化
  •     4.4.2 Merck成分带材热处理工艺优化
  •   4.5 本章小结
  • 5 制备工艺对带材性能的影响
  •   5.1 引言
  •   5.2 装管气氛优化
  •   5.3 拉拔工艺优化
  •   5.4 对轧制工艺的优化
  •     5.4.1 初始轧制工艺优化
  •     5.4.2 中间轧制工艺优化
  •   5.5 本章小结
  • 6 结论
  • 致谢
  • 参考文献

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 黄英建

    导师: 雷黎,冯建情

    关键词: 高温超导材料,带材,粉末装管法,临界电流密度,晶间连接性

    来源: 西安理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

    专业: 物理学,材料科学,电力工业

    单位: 西安理工大学

    基金: 科技部ITER计划专项课题“聚变堆电流引线用高温超导带材制备技术及性能研究(2015GB115001)”

    分类号: TM26

    总页数: 75

    文件大小: 6729K

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