低成本YBaCuO超导带材制备方法研究

摘要

目前高温超导带材的研究在国际上已经得到了令人注目的进展，YBaCuO在77K具有很好的高场性能，有望成为具有更佳超导性能的实用化材料。本文采用熔融织构生长工艺来消除晶界弱连接。由于YBaCuO的熔点(1010℃)高于银基带的熔点(961℃)，本文采用提高银基带的熔点和降低YBaCuO的熔点的方法，还采用了银包套OPIT法制备YBaCuO带材。 为了降低YBaCuO的熔点，采用了低氧分压下的熔融织构生长工艺和在YBaCuO中加入银的方法。实验表明，在低氧分压Ar气氛下，YBaCuO的熔化温度降至940℃，而10wt％Ag+Y123的熔化温度降至930℃。低氧分压下熔融织构生长工艺可以降低YBaCuO/Ag带材的热处理温度，避免Ag带的熔化和粘连。Ar气下熔融织构生长的YBaCuO样品临界电流密度较低，加籽晶和延长吸氧时间可以提高样品的临界电流密度。低氧分压会抑制包晶反应的进行，流动Ar气会减小热处理炉内的温度梯度，不利于织构生长。 在相同OPIT热处理条件下，装管粒度对带材的Jc值有一定影响，固相反应法制备的粒度小于40μm的YBa2Cu3O7-δ粉末所得的带材样品Jc值较大，而粒度为61um～100μm的YBa2Cu3O7-δ粉末和溶胶-凝胶法制备的YBa2Cu3O7-δ粉末所得的带材样品Jc值较小。超导带越薄，样品的临界电流密度越大。为了提高带材样品的Jc，本文还采用了二次热处理，结果表明，经过二次热处理样品的Jc得到了提高。 根据Ag合金相图，要通过固溶法制备高熔点的Ag合金，只有少数如金、钯等贵金属适合，但不具备经济性。因此本文选择高熔点的MgO，Al2O3作为添加剂，通过粉末冶金的方法制备了MgO-Ag基，Al2O3-Ag基复合材料。结果证明MgO很难固溶于Ag中形成复合材料。3wt％Al2O3粒子掺杂在Ag基体中可以提高Ag的熔化温度至990℃。当Al2O3含量为2wt％时，Al2O3-Ag样品的线膨胀系数接近YBaCuO的线膨胀系数。可以认为Al2O3-Ag基复合材料有希望成为新的YBaCuO的衬底材料，其力学性能有待进一步研究提高。 用X-ray衍射(XRD)分析了YBaCuO样品的相组成。用扫描电子显微镜(SEM)观察了YBaCuO样品的取向。用SEM配合能谱分析了Al2O3-Ag基复合材料的组成。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1高温超导体简介

1.1.1高温超导材料的特性

1.1.2高温超导材料的应用

1.2高温超导带材研制现状与发展方向

1.2.1高温超导带材研制现状

1.2.2高温超导带材的发展方向

1.3 YBaCuO超导带材制备技术

1.3.1脉冲激光沉积(PLD)法

1.3.2磁控溅射法

1.3.3金属有机物气相沉积MOCVD

1.3.4低成本YBaCuO膜制备技术研究

1.4本文的主要内容和意义

第二章低氧分压下YBaCuO的熔融织构

2.1引言

2.2熔融织构生长工艺

2.3低氧分压降低YBaCuO熔点原理

2.4实验

2.5结果与讨论

2.5.1Ar气下YBaCuO的熔化温度

2.5.2 Ar气氛下YBaCuO的熔融织构工艺

2.5.3熔融织构YBaCuO样品的超导电性

2.6 小结

第三章银包套法制备YBaCuO带材及后处理

3.1引言

3.2 OPIT工艺简介

3.3实验

3.3.1粉末原料与填充

3.3.2形变

3.3.3热处理及吸氧

3.4结果与讨论

3.4.1 Ar气下YBaCuO带材的熔化温度

3.4.2不同粒度的样品对YBaCuO带材的Jc值影响

3.4.3样品厚度对Jc值的影响

3.4.4影响Jc值的其它因素

3.4.5样品芯部的X射线衍射分析

3.5二次热处理

3.5.1二次热处理实验

3.5.2二次热处理结果与讨论

3.6小结

第四章银基复合材料的制备

4.1前言

4.2 MgO增强银基复合材料的制备

4.3 Al2O3增强银基复合材料的制备

4.3.1实验方法

4.3.2实验结果与讨论

4.3.3 Al2O3-Ag复合材料的YBaCuO厚膜试验

4.4小结

第五章结论

参考文献

致谢