顶部热籽晶熔融织构生长法制备的单畴GdBCO块材的超导性能

本工作在空气中成功地制备了直径为32 mm、厚度为13 mm的高性能、大尺寸GdBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(GdBCO)单畴超导块材。以YBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(Y123)作为液相源可以有效地避免生长过程中液相源的扩散流失,并有利于GdBCO超导块材的性能提升。通过研究该超导块材的超导性能和微观结构发现,整个样品的超导转变温度保持在94 K以上,最大捕获磁场(B_(trap))可以达到0.29 T。在77 K的温度及自场条件下,由于Gd_(2)BaCuO_(5)(Gd211)粒子的富集,在距样品表面较远的边缘位置的B2样品中获得最大临界电流密度,其值可达5.29×10^(4)A/cm^(2)。在离超导块材表面较近的区域,液相源的不足使得该区域的钉扎中心主要由氧缺陷来提供,而氧缺陷形成的磁通钉扎中心在籽晶下方聚集,并且其扩散速率会随着氧缺陷与籽晶间距离的增加而减小,这提高了籽晶下方位置的C1样品的临界电流密度,使之高于边缘位置的B1样品的临界电流密度。而在离超导块材表面稍远的区域,充足的液相源使该区域的钉扎中心主要由Gd211粒子来提供,而籽晶下方位置的C2样品和边缘位置的B2样品的临界电流密度相差不大,这是由于在离块材表面稍远的区域都存在大量的Gd211粒子作为磁通钉扎中心;并且由于Gd^(3+)对Ba^(2+)的替代,两者的临界电流密度在中高场下都有一定的提高,这对超导块材的应用非常重要。

工艺参数对TSMTG法制备单畴YBCO样品的影响

用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)制备了30mm直径的YBCO超导块,研究了不同的工艺条件对样品宏观形貌、织构取向和磁浮力的影响,比较了3种样品在零场冷条件下的排斥力和场冷条件下的吸引力。结果发现:由籽晶控制取向生长的单畴YBCO样品宏观形貌是以顶部籽晶为中心的4个结晶扇区,有单一的c轴取向,零场冷条件下的排斥力和场冷条件下的吸引力最大;籽晶成核但没有控制取向生长的YB CO样品宏观形貌是以顶部籽晶为中心的多个(大于4个)扇区,相邻扇区间夹角不等,c轴取向不一致,磁浮力性能居中;非籽晶成核生长的多畴YBCO样品,上表面是以籽晶为中心的一个边长约1cm的四方结晶区,其余部分是自发成核的多晶,样品c轴取向杂乱,磁浮力很低。

Bi_2O_3掺杂对TSMTG法单畴YBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)成功地将Bi2O3掺杂到YBCO超导块材中,研究了Bi2O3掺杂含量对单畴YBCO超导块材生长形貌和磁悬浮力的影响.结果表明,在YBa2Cu3O7-δ(Y123):Y2BaCuO5(Y211)=1:0.4不变的情况下,掺杂的Bi2O3粉体在样品内部均生成了Y2Ba4CuBiOx纳米粒子.当Bi2O3添加量x≤1.5wt%时,样品均可长成完整的单畴YBCO超导块材,且样品的磁悬浮力随着Bi2O3掺杂量的增加而增大;当x>1.5wt%时,YBCO超导块材的单畴区域随着Bi2O3掺杂量的增加而逐渐减小,且随机成核现象严重,磁悬浮力降低;当x=1.5wt%时,样品的磁悬浮力最大.该结果对缩短样品制备的周期及进一步提高超导块材性能具有十分重要的意义.

不同粒径Gd2Ba4CuNbOy纳米粒子掺杂对GdBCO块材性能的影响

采用顶部籽晶熔融织构方法（TSMTG）成功制备出掺杂不同粒径Gd_2Ba_4CuNbO_（？）纳米粒子的单畴GdBCO超导块材,研究其对超导块材的生长形貌和磁悬浮力的影响,结果表明,在该条件下制备出的单畴GdBCO超导块材样品上表面十字花纹明显,且四个单畴扇区光滑平整;样品的磁悬浮力随着Gd_2Ba_4CuNbO_y粒径的增大有逐渐减小的趋势,当过筛目数n=360目时,样品的磁悬浮力最大,约25N;利用环境扫描电子显微镜技术（SEM）观察了样品的微观形貌,结果显示,随着掺杂粉体过筛目数的减小,样品中Gd_2Ba_4Cu NbO_y纳米粒子的分布越来越均匀且粒径逐渐增大。

纳米微粒BaFe12O19掺杂对单畴超导块材GdBa2Cu3O7-δ性能的影响

磁通钉扎性能对GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材的实际应用具有重要的影响,而引入合适的第二相粒子可以改善GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材的磁通钉扎性能.本文采用顶部籽晶熔融织构法成功地制备出纳米微粒BaFe_(12)O_(19)(<100 nm)掺杂的超导块材,样品的最终组分为Gd123+0.4 Gd211+x BaFe_(12)O_(19)(x=0,0.2 mol%,0.4 mol%,0.8 mol%)+10 wt%Ag_2O+0.5 wt%Pt.通过研究不同掺杂量的BaFe_(12)O_(19)微粒对GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材微观结构和超导性能的影响,结果表明当掺杂量为0.2 mol%时,样品的临界电流密度几乎在整个外加磁场下都有明显的提高.在零场下,临界电流密度达到5.5×104A/cm2.纳米微粒BaFe_(12)O_(19)不仅可以保持掺杂前的化学组成,作为有效的钉扎中心存在于超导块材中,并且能够改善Gd_2BaCuO_5粒子的分布和细化Gd_2BaCuO_5粒子,使Gd_2BaCuO_5粒子的平均粒径由未掺杂时的1.4μm减小到掺杂后的0.79μm,进而提高了超导块材的临界电流密度和俘获磁场,明显提高了GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材的超导性能.临界温度TC也有所提升,并能够维持在92.5 K左右.该结果为进一步研究纳米磁通钉扎中心的引入并改善GdBa_2Cu_3O_(7-δ)超导块材的性能有着重要的意义.

Gd_2Ba_4CuNbO_y掺杂对单畴GdBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构方法(TSMTG),制备出了配比为GdBa2Cu3O7-δ(Gd123):Gd2BaCuO5(Gd211):Gd2Ba4CuNbOy(GdNb2411)=1:(0.4-x):x的系列单畴GdBCO超导块材(其中x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.1,0.12,0.14,0.16),并研究了不同GdNb2411掺杂量对样品生长形貌和磁悬浮力的影响.结果表明:在该掺杂范围内,均有可能制备出单畴GdBCO超导块材,且样品的表面生长形貌与掺杂量x密切相关.当x≤0.06mol时,样品上表面光滑平整且四径分明,表现出通常的单畴形貌;当x≥0.08mol时,样品的单畴区域不再光滑和平整,表面出现褶皱,且随着掺杂量的增加,单畴区域越来越小.样品的磁悬浮力测试结果表明:随着掺杂量的增加,其磁悬浮力先增大后减小,当x=0.06mol时,样品的磁悬浮力达到最大25N.实验结果对研究纳米粒子的磁通钉扎作用及进一步提高GdBCO超导块材的性能有重要意义.