高温超导材料BiSrCaCuO及其复合材料的摩擦学特性研究

摘要

1986年，Krim等人利用石英晶体微天平(QCM)研究铅表面和在其上流动的氮气分子的界面摩擦，发现当温度到达铅的超导转变温度(Te=7.2K)时摩擦力突然大幅降低，并由此提出了电子对于摩擦力的影响。根据这个理论，超导体在发生超导转变时的摩擦力也会发生变化。Bi2Sr2CaCu2Ox(B2212)高温超导材料(Tc＞90K)，可以在液氮温度下实现超导，用液氮代替昂贵的液氦，使得B2212相摩擦学特性的研究既有理论价值又有实用背景。 然而，B2212相在常温下的摩擦系数较高，且变化幅度大，为了改善其摩擦特性，本研究利用粉末冶金法制备出了组织均匀的B2212-Ag自润滑复合材料，银以金属银粉的方式掺杂到基体中。采用XRD和SEM对其物相结构和显微组织进行了表征，并检测了其力学性能，分别研究了其在低温，常温常压，常温真空环境下的摩擦性能，探讨了其增韧机理和摩擦机理，分析了不同含量Ag添加在B2212基体中微观结构变化及相关力学性能和摩擦性能方面的作用。研究结果表明： (1)纯B2212在温度降低到超导转变温度时摩擦系数急剧降低，在正常态时摩擦系数在0.25左右，在液氮温度下，摩擦系数急剧降低到0.12。表明所制备的材料有在超低温条件下应用的前景。 (2)复合材料样品的密度随Ag含量的增加而增大，而硬度随Ag含量的增加而减小，这是由于掺杂Ag可以填补B2212基体中的空隙，但由于Ag的硬度小，反而导致了复合材料的硬度变小。Ag颗粒可以通过偏转和弥合来抑制裂纹扩展，并连接裂纹尖端，从而导致断裂韧性随Ag含量的增加而增大。此外，Ag的添加对B2212超导体的超导转变温度没有不利影响。 (3)B2212-Ag自润滑复合材料具有优良的摩擦学性能，常温常压下由Ag制备的复合材料中Ag含量达10％时复合材料的摩擦磨损性能最好，真空环境下复合材料的摩擦系数随Ag含量增加而减小，基本不随摩擦速度变化而变化。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2 超导材料的发展概况

1.3 高温超导材料的结构及制备方法

1.3.1 高温超导体的基本结构特征

1.3.2 B2212超导体的结构

1.3.3高温超导材料的制各方法

1.4 B2212的应用前景

1.5 本文的研究目的及内容

1.5.1研究目的

1.5.2研究内容

第二章 B2212超导体的的制备及表征

2.1 B2212样品的制备

2.2 B2212超导体的表征

2.2.1 Te测量系统装置的搭建

2.2.2样品的测试

2.3 B2212的低温摩擦学特性研究

2.4 本章小结

第三章 B2212/Ag自润滑复合材料的制备及性能研究

3.1 引言

3.2实验方法

3.2.1主要实验设备

3.2.2材料制备

3.2.3实验方法

3.3样品的测试结果与讨论

3.3.1物相分析

3.3.2显微结构分析

3.3.3力学和和物理性能

3.3.4摩擦学性能

3.3.5机理分析

3.4结论

第四章结论与展望

参考文献

致 谢

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