NdBCO籽晶向对YBCO起导块材的生长形貌及性能影响

论文摘要

REBCO超导块材（RE为Y,Gd,Sm,Nd等稀土元素）由于具有较大的磁悬浮力和捕获磁场,较高的临界电流密度,近几年在超导磁悬浮运输系统,储能飞轮,磁悬浮轴承等高新技术领域得到广泛的应用。因此为了满足应用,需要制备出高性能的REBCO超导块材,而研究清楚REBCO晶体的生长规律对于制备性能优异的块材尤为重要,也成为国内外科学研究的重点和热点。在此过程中,依然有许多科学问题待解决,例如不同取向的NdBCO籽晶诱导YBCO晶体生长的机制。本文采用Y+011 TSIG法,在1100℃,1008℃,1006℃,1004℃,1002℃,1000℃,9980C,996℃,994℃,992℃,990℃十一个温度下等温生长10小时得到1 1组直径20mmYBCO样品,其中每组两个样品分别利用两个尺寸相同的正方体NdBCO籽晶诱导生长,其中一个籽晶c轴与样品表面垂直,另一个籽晶c轴与样品表面平行,等温生长10小时后迅速降至室温,得到未生长完整的YBCO样品。结果表明,YBCO晶体生长面积随过冷度的增大而逐渐增大。本实验对YBCO超导块的生长速率和微观形貌的具体研究如下:（1）研究NdBCO籽晶ab面平行于固相表面放置和ab面垂直于固相表面放置所诱导的YBCO晶体生长速率随过冷度的变化规律。研究发现,在同一过冷度下,YBCO晶体沿a轴方向生长速率始终小于沿c轴生长速率。样品表面沿a轴和c轴生长速率大于样品内部沿a轴和c轴的生长速率。（2）对于不同过冷度下籽晶的ab面平行于固相表面放置和ab面垂直于固相表面放置生长的样品的微观形貌研究发现,NdBCO籽晶的取向决定其诱导生长的YBCO晶体的片层取向。990℃生长的YBCO样品内所捕获的Y211粒子明显比其他过冷度更多,其生长前沿的Y211粒子比其他过冷度生长的样品生长前沿附近的Y211粒子的平均尺寸更小。样品内捕获的Y211粒子的数目随着过冷度的增大而增多,样品内距离籽晶越远的区域,其21 1粒子的数目越多。这项研究对于提高YBCO晶体生长速率和性能具有重要的价值。利用TSIG法制备的YBCO超导块材在磁悬浮力和捕获磁通等超导性能方面都表现优异,本实验尝试通过批量化制备的方式以提高YBCO的生产效率,首先分别同批生长出了 1、3、7个YBCO样品,通过技术参数优化后,成功同批生长出了9个和12个YBCO超导块材。对五批样品的磁悬浮力测试得到每批样品平均磁悬浮力都能达到100N以上。对测得的捕获磁通数据分析可得,第一批样品的最大捕获磁场为0.99T,剩余四批样品的平均捕获磁场分布在0.8T左右。通过对样品的微观形貌分析,样品内捕获了很多Y211粒子,并且Y211粒子分散均匀,Y123片层连接性较好,没有出现微观裂纹。这些数据充分可以说明,运用Y+TSIG法可批量化制备出性能优异的YBCO样品,对于提高超导块材的生产效率,推进YBCO超导块材的实用化进程具有重要意义。采用Y+TSIG法,制备YBCO超导环,通过和等直径的YBCO超导块材的对比可得,YBCO超导环的最大捕获磁场为0.56T,超导块的捕获磁场为0.98T。超导环的磁悬浮力为58N,超导块的磁悬浮力为102N,由此可见YBCO超导环的超导性能相比于超导块材较低,与样品表面出现微小裂纹有关。在需要运用到超导体的磁屏蔽特性的技术领域,YBCO超导环相比于YBCO超导块材具有更广泛的应用前景,TSIG法可以制备出单畴YBCO超导环,但是需要提高技术参数,以制备出高性能的YBCO超导环。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 引言

1.2 超导体的发展

1.3 超导体的分类

1.4 超导体的基本性质

1.4.1 零电阻效应

1.4.2 迈斯纳效应

1.4.3 失超

1.5 REBCO超导块材的制备方法

1.5.1 固相反应法

1.5.2 熔化法

1.5.3 顶部籽晶生长法

1.6 本论文的研究内容和意义

第2章 YBCO超导块材的制备方法及性能测试

2.1 前言

2.2 样品的制备

2.2.1 原料粉体的制备

2.2.2 先驱块的制备

2.2.3 热处理流程

2.2.4 样品的抛光和渗氧

2.3 样品的超导性能测试

2.3.1 磁悬浮力测试及分析

2.3.2 捕获磁通的测试及分析

2.4 本章小结

第3章籽晶取向对YBCO超导块材的生长速率及性能的影响

3.1 引言

3.2 样品的制备

3.2.1 先驱块的制备和装配

3.2.2 YBCO超导块材的热处理工艺

3.2.3 样品的抛光

3.3 实验结果与分析

3.3.1 样品的宏观形貌及生长速率研究

3.3.2 样品的微观形貌分析

3.4 本章总结

第4章批量化制备YBCO超导块材及其性能研究

4.1 引言

4.2 样品的制备

4.3 实验过程与结果分析

4.3.1 探究批量化制备方法

4.3.2 样品的渗氧

4.4 样品的磁悬浮力和捕获磁通的测试

4.4.1 磁悬浮力的测试与分析

4.4.2 捕获磁通的测试与分析

4.5 YBCO超导块材的微观形貌分析

4.6 批量化制备的YBCO超导块材的运用

4.7 本章小结

第5章 YBCO超导环的制备和性能研究

5.1 引言

5.2 实验过程

5.2.1 YBCO超导环的制备

5.2.2 超导环切割渗氧处理

5.3 YBCO超导环的宏观形貌及超导性能

5.3.1 超导环样品的宏观形貌

5.3.2 超导环和超导快材的磁悬浮力对比与分析

5.3.3 超导环和超导块材的捕获磁通密度对比与分析

5.4 本章小结

总结与展塑

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张海燕

导师: 杨万民

关键词: 超导块材,粒子,批量化生产,捕获磁通,磁悬浮力

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 陕西师范大学

分类号: O511.3

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000093

总页数: 70

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