基于高温超导涂层导体和低温超导体的复合超导体的研究

摘要

低温/高温复合超导体基于低温超导体和高温超导体n值差异特性，利用高温超导涂层导体部分取代低温超导体中的金属稳定基材。复合超导体应用于超导磁体绕制，不仅可以有效增加超导填充系数，提高工程电流密度，而且可以提高超导磁体的抗干扰能力，改善超导磁体的安全稳定性。 本文首先对低温/高温复合超导体制作工艺进行研究，利用YBCO高温超导涂层导体制作了高温超导包覆层，并对其液氮温度、自场下的临界电流进行实验测量。实验结果表明，高温超导包覆层临界电流没有发生退化，可包覆低温超导线组合成低温/高温复合超导体。由于YBCO高温超导材料是氧化物陶瓷，一般采用Ni-W合金作为基底材料，它的机械特性相对较差，因此YBCO高温超导涂层导体的侧向弯曲特性研究对于复合超导线的应用尤为重要。本文对YBCO高温超导涂层导体的侧向弯曲实验表明，随着侧向弯曲半径的减小，涂层导体的临界电流减小，复合超导体的载流能力有所下降。利用复合超导体绕制超导磁体时，绕制半径应大于其临界侧向弯曲半径以保证复合超导体的良好的载流能力。根据NbTi/YBCO复合超导体结构特点和超导体n值模型对其电流分布特性进行了计算分析。低温/高温复合超导体正常运行时，由于低温超导体的n值比高温超导体的n值高，大部分电流由低温超导体承载，当外界扰动使得温度升高，超过低温超导体的临界温度时，电流将转移至高温超导体，从而抑制了流向金属基材的电流，避免由于电流流过金属基体而产生过多热量，使得复合超导体的升温速度减慢。当温度继续升高并超过高温超导体的临界温度时，电流才会全部转移至金属基材。最后对复合超导体的稳定性进行了理论分析和实验研究。结果表明，NbTi/YBCO复合超导体的最小失超能高于NbTi低温超导体的最小失超能，失超传播速度小于NbTi低温超导体的失超传播速度。相同扰动下，NbTi/YBCO复合超导体抗干扰能力和超导电性恢复能力明显优于NbTi低温超导体，复合超导体的稳定性较常规超导体有显著提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及研究的目的和意义

1．2 复合超导体国内外研究现状

1．3 本课题主要研究内容

第2章 低温／高温复合超导体的制备

2．1 低温／高温复合超导体制作工艺

2．1．1 卷制法

2．1．1 缠绕法

2．2 复合超导体临界电流特性实验

2．2．1 实验原理

2．2．2 实验结果

2．3 本章小结

第3章 低温／高温复合超导体中高温超导体侧向弯曲特性

3．1 高温超导体侧向弯曲特性

3．2 高温超导体侧向弯曲特性实验研究

3．2．1 样品制备及实验过程

3．2．2 实验结果

3．3 本章小结

第4章 低温／高温复合超导体电流分布特性

4．1 超导体的n值模型

4．2 低温／高温复合超导体电流分布特性

4．2．1 复合超导体电流分布计算模型

4．2．2 复合超导体电流分布计算

4．3 本章小结

第5章 低温／高温复合超导体的稳定性

5．1 复合超导体的稳定性

5．2 复合超导体稳定性分析

5．2．1 复合超导体稳定性分析计算模型

5．2．2 复合超导体稳定性分析结果

5．3 复合超导体稳定性实验研究

5．3．1 实验原理

5．3．2 实验结果

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢