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NdBCO籽晶向对YBCO起导块材的生长形貌及性能影响

2020-12-08阅读(912)

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

    文件大小: 7253K

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