波动载荷下弓网滑动电接触载流特性研究

为获取波动载荷下弓网滑动电接触载流特性,利用FCH-03型销盘式滑动电接触摩擦磨损试验机模拟弓网接触状态,进行强电流密度、不同速度与波动接触压力条件下的浸金属碳/铜对磨实验。根据实验数据获得载流效率、载流稳定性在不同条件下的特性规律,并针对影响受流的运行速度、接触电流、波动接触压力等因素作出深入的机理分析及电弧能量干扰相关性分析。研究表明:载流效率随接触压力振幅的增大而减小,随接触压力频率的增大呈较小的增大趋势。载流稳定性随接触压力振幅的增大而减小。低速时基本不随接触压力频率变化;高速时随接触压力频率增大呈先增大后减小。弓网离线及离线电弧是导致高速弓网系统载流质量下降的主要原因。

部份熔融YBCO超导体的载流特性

通过高温短时间处理,获得不同程度的晶界熔融态的YBCO超导块状试样。研究表明,部份熔融使试样体积收缩6％时,临界电流密度可提高26％。测量了在不同磁场强度变化率H(从1.3Oe/s至500Oe/s)时试样的磁阻曲线R(H)。发现R(H)曲线随H的增大而增大,在某一H值处产生拐点:在拐点之前d^2R(H)/dH^2>0,R(H)随H增加而增大;在拐点之后,d^2R(H)/dH^2<0,H对R(H)影响不大。R(H)曲线的拐点对应的磁场相当于下临界场Hcl。

掺银对Bi（2223）厚膜载流特性的影响

分别测量了名义组分为Ｂｉ（１．８）Ｐｂ（０．４）Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ的掺银和未掺银样品在７７Ｋ时的Ｊｃ－Ｈ特性，以及冷热循环次数对样品临界电流密度Ｊｃ的影响．实验结果表明，掺银加强了晶粒之间的连接，但不能有效地提高临界电流密度．

超导电力设备中YBCO超导带材不均匀性对载流特性的影响

随着第二代高温超导带材技术的发展,YBCO超导带材在超导电力应用中愈加广泛。但超导电力设备中依然存在像制备或运行过程中产生的内部缺陷等影响超导体稳定性的因素,对超导电力设备的运行可靠性产生影响。为研究超导电力设备中超导带材的内部缺陷造成的不均匀性对带材载流特性的影响。先通过磁探针扫描法研究了带材应力型缺陷对临界电流密度的不均匀退化的影响,并通过建立缺陷仿真模型与扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)微观照片分析了临界电流退化的机理。随后通过实验研究了宏观缺陷的不均匀性对超导带材载流特性的影响趋势。结果表明,超导带材在应力下产生的内部缺陷会造成超导带材临界电流的退化与不均匀性,主要原因是由超导层结构损伤造成的临界电流密度退化与微裂纹造成的超导通流面积降低造成的。超导带材的载流能力不仅受到局部临界电流退化程度的影响,更是受到沿电流方向优先失超区域面积的影响。所得研究结果可以为超导带材的制备与超导电力设备的载流设计提供有益的参考。

Bi-2223银夹板厚膜的载流特性与应变的关系

测量了Bi_(1.8)Pb_(0.4)Sr_2Ca_2Cu_3O_y银夹板厚膜的应力与应变、应变和临界电流密度关系,及其在不同应变下的J_c(H)特性.结果表明,在应力-应变曲线上存在两个应变转变,分别对应于Bi_(1.8)Pb(0.4)Sr_2Ca_2Cu_3O_y,厚膜中晶粒断裂的开始和结束。在应变△X/X≤2.5％时,临界电流密度随应变△X/Y的增大而缓慢降低。在应变△AX/X≥2.5％时,临界电流密度随应变△X/X的增大而迅速降低。随着应变的增大,其J_c(H)特性衰减快速,且弱连接效应越来越明显。微结构显示,J_c的降低及其J_c(H)特性的变化与厚膜内晶界和晶粒的断裂有关。

Ta离子辐照对YBa_(2)Cu_(3)O_(7–δ)的微观结构和载流特性的影响

高温超导YBa_(2)Cu_(3)O_(7–δ)(YBCO)涂层导体也称为第二代高温超导带材(2G-HTS带材),在能源、交通等领域具有广泛的应用前景.然而,其在强磁场下临界电流密度较低的问题严重限制了其应用,因此提升其磁通钉扎和在场载流能力是YBCO涂层导体的研究热点.本文利用1.9 GeV的Ta离子对YBCO带材进行辐照,研究了不同剂量的Ta离子辐照后YBCO带材的微观结构和载流特性变化.样品的场发射透射电子显微镜(field emission transmission electron microscope,FETEM)图像显示,辐照过程中高能^(181)Ta^(32+)离子在薄膜中形成了~10 nm尺寸的柱状缺陷,说明辐照后样品中产生了有效的钉扎中心.通过磁学测量系统(magnetic property measurement system,MPMS)对辐照样品的载流特性进行研究,发现当Ta离子剂量低于5.0×10^(10)ions/cm^(2)时,样品的临界转变温度T_(c,on)并无明显变化,但当剂量达到5.0×10^(10)ions/cm^(2)时,T_(c,on)减小了约0.6 K;当剂量高于1.0×10^(8)ions/cm^(2)时,由零场冷磁化强度随温度变化情况可知,辐照样品的超导抗磁相明显多于无辐照样品.同时,较高辐照剂量如5.0×10^(10)ions/cm^(2)YBCO样品的J_(c)较高,不同磁场下的J_(c)均得到了明显提升,30 K、1 T时的提升因子达到了3.8(提升因子定义为不同温度、外场下的J_(c)与77 K自场下J_(c)的比值),为同温度同场下无辐照样品的3倍.将临界电流密度J_(c)与磁场强度H的关系采用J_(c)∝H–β进行拟合,发现高剂量样品的磁通匹配场H*和表征随磁场衰减参数β增大了.此外,约化钉扎力密度标度关系显示,在低场下,样品中的钉扎类型在低辐照剂量下主要是面钉扎,当辐照剂量达到5.0×10^(10)ions/cm^(2)时开始向点缺陷钉扎类型转变,高场下则是所有样品都更符合面钉扎类型.

银夹板对Bi(2223)厚膜载流特性的影响

对Bi系高温超导体,使用银包套的方法已取得了良好的效果,这种银包套带材样品在4.2K下能在很高的外加磁场(>25T)超导地通过10~5A/cm^2电流,因而银将可能作为这类超导体应用的稳定基材.但在 Bi(2223)银包套带材的性能测量中,电流引线和电压引线是直接焊在银包套上的,由于银的电导率约为Bi(2223)相a-b面正常态电导率的10^(-3),因此银基体构成电流通路,对测量结果有一定的影响.然而研究银包套对样品性能的影响文章报道很少.为了比较准确地反映银包套对样品传输电流特性测量的影响,我们分别测量了银夹板厚膜以及由其制成的裸膜样品在零场下的R-T曲线、J_c-T曲线和磁场平行和垂直于c-轴情况下的J_c-H曲线.

基于相对稳定系数的滑动电接触特性

利用自行研制的高性能滑动电接触实验机,对铜基粉末冶金滑板的滑动电接触特性进行实验研究。通过引入两个相对稳定系数和载流效率值对实验结果进行分析,得出滑板的滑动电接触特性与接触压力、滑动速度和接触电流之间的关系。在滑动速度恒定的条件下,增大接触压力,摩擦系数会增大,却改善了滑板的受流质量和摩擦副的摩擦稳定性,从而使磨耗率呈现先减小后增大的U字形变化规律,磨耗率最小时对应的接触压力阈值随接触电流的增大而增大。在接触压力恒定条件下,摩擦副的摩擦系数随滑动速度的增加不断减小,但其摩擦稳定性及受流质量却不断恶化,磨耗率随滑动速度的增加而减小,随接触电流的增加而增大。

超导体中临界电流密度及磁通钉扎模型的计算

分析了Bi系高温超导体电流密度的实验数据，采用低温场临界态模型对实验数据进行了计算机模拟，给出了模型实验结果。通过Bi（2233）相厚模电流密度实验数据进行计算机模拟，发现在Tc附近Jc（T）的关系符合T·R·Fin－layson等人提出的低温场临界态模型[3]。由临界电流密度可以计算钉扎力，其结果与Y·Horie等人[4]的结果相近。这说明样品中晶粒边界钉扎是弱钉扎型的。

磁通蠕动对高温氧化物超导体临界电流密度的影响

本文研究了Y氧化物超导体的M(t)、Jc(T)和Ueff(M)关系。结果表明,Eu的部分替代引入了新的、更大钉扎势的钉扎中心,从而对临界电流密度有明显影响。

大型超导磁体高温超导电流引线的研究

高温超导电流引线作为减少漏热的有效途径,在超导磁体系统中得到了广泛的应用。本文介绍了大型超导磁体用高温超导电流引线的结构和材料。此外,还描述了高温超导电流引线的热特性。为了研究高温超导电流引线在正常运行和故障运行条件下绝缘结构对其电强度的影响,采用有限元法对16 kV高温超导电流引线进行了电分析。仿真结果表明,高温超导电流引线具有足够的介电强度。

高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统的研制

实用化高温超导带材(如Bi系与ReBCO高温超导复合带材)在高磁场下拥有较高的临界电流密度、宽泛的温度裕度、较强的抗粒子辐照能力及良好的机械特性,因此这类材料在加速器超导磁体系统、高场超导磁体、超导电力等方面表现出巨大的应用潜力。而作为典型的多层功能复合性材料,虽然高强度的基底层增强了高温超导带材拉伸强度,使其在强磁场、高载流条件下可以承受很高的应力,在其加工与运行过程中,不可避免地受到多种疲劳载荷的作用,从而其临界载流能力会显著地降低,进一步,会造成相应高温超导装置功能性难以达到设计标准等。该文介绍一种自主研制的高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统,基于该测试系统:一方面,可以实现对高温超导材料在低/变温、疲劳载荷等环境下力学、热学等宏观参数的实验表征研究;另一方面,可以对高温超导材料开展低温疲劳载荷环境下力-电弱化等临界特性的实验研究。利用所研制的低/变温疲劳性能测试系统,对受拉-压疲劳荷载下的YBCO超导带材的力学行为、载流特性开展了初步的实验研究,并分析了应力比、温度等外部环境因素对实验结果的影响规律等。结果表明:在相同的疲劳次数的情况下,YBCO超导带材的力学性能及载流特性与其应力比成明显的非线性关系。该测试系统的成功研制将为中国粒子加速器用高温超导磁体的设计与研发提供基础测试平台。