大尺寸高性能LREBCO高溫超導(dǎo)塊材生長研究.pdf

1、REBCO高溫超導(dǎo)材料和技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，特別是在超導(dǎo)電機(jī)、磁懸浮輸運(yùn)、超導(dǎo)儲能和軸承方面，因而備受研究者的關(guān)注。應(yīng)用的必然前提是掌握REBCO超導(dǎo)材料成熟的制備技術(shù)。對于超導(dǎo)塊材，無論是用于科學(xué)研究還是商業(yè)應(yīng)用，一般都期望獲得較大的尺寸、較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（Tc）和臨界電流密度（Jc）。頂部籽晶熔融織構(gòu)法通常被認(rèn)為是最適合用于REBCO高溫超導(dǎo)塊材的制備方法。目前，對于YBCO系統(tǒng)超導(dǎo)塊材的制備技術(shù)最為成熟，既可以實(shí)現(xiàn)大尺寸

2、生長，又可以實(shí)現(xiàn)批量制備。相對于YBCO系統(tǒng)，LREBCO超導(dǎo)材料的超導(dǎo)性能更優(yōu)越，應(yīng)用范圍也更廣泛。但同時，大尺寸高性能LREBCO超導(dǎo)塊材的制備也因其高的包晶反應(yīng)溫度和嚴(yán)重的輕稀土元素和鋇元素之間的替代效應(yīng)而變得異常困難。綜合考慮超導(dǎo)塊材的超導(dǎo)性能、尺寸規(guī)模、選擇合適籽晶的難易程度、制備工藝的復(fù)雜程度以及可重復(fù)性等因素，探索簡單、方便的大尺寸高性能的LREBCO高溫超導(dǎo)塊材的制備技術(shù)非常迫切。
　　本論文的研究內(nèi)容主要集中在兩

3、個方面：結(jié)合高熱穩(wěn)定性的NdBCO薄膜籽晶和富鋇相前驅(qū)粉體在空氣中制備大尺寸高性能LREBCO超導(dǎo)塊材，以及探索解決LREBCO塊材生長不連續(xù)問題的方法。獲得的成果如下：
　　1.空氣氣氛下實(shí)現(xiàn)大尺寸高性能SmBCO超導(dǎo)塊材的制備和性能研究
　　在頂部籽晶熔融織構(gòu)法中，引用高熱穩(wěn)定性的NdBCO/YBCO/MgO薄膜作為籽晶，為大尺寸的SmBCO塊材在空氣中的成功制備提供寬泛的生長溫度區(qū)間。同時，在前驅(qū)粉體中引入Sm242富

4、鋇相，用于有效地抑制生長過程中的Sm和Ba之間的替代效應(yīng)，確保所得超導(dǎo)塊材的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc高達(dá)94.3K。另外，引入Sm2411第二相，用于提供更有效的磁通釘扎中心，進(jìn)一步地確保了塊材的臨界電流密度Jc高達(dá)68KA/cm2。
　　2.包裹（trapping）模式下實(shí)現(xiàn)SmBCO塊材連續(xù)生長
　　在解決SmBCO塊材不連續(xù)生長的問題上，從RE211-Ba3Cu5Oz的相圖分析出發(fā)，發(fā)現(xiàn)溶解度溫度系數(shù)（temperature

5、coefficient of solubility，t.c.s）迅速減少的變化規(guī)律是不連續(xù)生長的根本原因，進(jìn)而，提出加速冷速的方法，確保塊材在生長的過程中維持一個充足的有效過飽和度，實(shí)現(xiàn)塊材的無自發(fā)形核連續(xù)生長。目前，該方法已經(jīng)被證明可以很有效的實(shí)現(xiàn)SmBCO塊材的連續(xù)生長，同時也可以用于制備NdBCO塊材和一些摻雜體系的塊材。
　　3.高冷速下制備高性能NdBCO塊材
　　單一依靠組分控制性能的方法，不能有效地在空氣氣氛中

6、實(shí)現(xiàn)高性能的NdBCO超導(dǎo)塊材的制備。本文中，采用鋇富集的Nd123和Nd422相作為前驅(qū)粉體，同時結(jié)合高冷速的方法來優(yōu)化空氣氣氛下所制得的NdBCO超導(dǎo)體的超導(dǎo)性能，收到了良好的成效。在這一結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合加速冷速的方法，實(shí)現(xiàn)在高冷速下制得高性能的NdBCO大單籌塊材。
　　通過本工作，本論文希望能對大尺寸高性能的LREBCO超導(dǎo)塊材的制備提供更簡便的途徑，同時期望能對復(fù)雜的摻雜體系的REBCO超導(dǎo)塊材的制備提供新的思路和方法