低熔点YBaCuO超导带材的制备

通过掺杂Ag和PbO的方法降低YBaCuO的区熔温度到945℃以下,从而能够在金属Ag基底上进行区域熔炼,获得有织构的超导带材.掺杂的O bO与YBaCuO反应,生成了BaPbO3.5wt%Ag+10wt%PbO的YBaCuO掺杂区熔样品所得结果较好,厚膜的Jc最大值为442A/cm2.

二代高温超导带材失超特性研究

高温超导带材失超会降低其通流能力,从而影响高温超导装置的运行稳定性。目前,高温超导带材失超仿真模型多为二维计算模型,无法准确模拟其失超过程中的电磁热行为。该文采用有限元方法对二代高温超导带材失超特性进行多物理场耦合分析。在三维直角坐标系下,以磁场强度矢量为求解变量,建立了二代高温超导带材失超演化电磁热仿真模型,研究了二代高温超导带材长度方向与宽度方向在不同热扰动工况下的电磁热特性及其演化过程,分析了高温超导带材过电流失超过程中的各层分流状况与超导层电阻率变化行为,区分了不同类型的过电流失超行为,并提出了高温超导带材过电流冲击失超的电阻率判据。

基于直流超导限流器的超导带材实验研究

为进一步认识直流超导限流器中超导带材在直流短路电流下的超导特性及失超电阻的建立规律,对超导带材进行了直流电流冲击实验,测量了冲击电流作用下带材的失超电阻特性,得出了单位长度超导带材失超电阻与其产热量具有固定的函数关系。以此建立了长度可变的超导带材电阻及温升仿真模型,分析了超导带材发生不可逆损伤的原因,并实验验证该模型的可靠性。基于该模型,对5 kV混合型超导限流器中超导组件进行了设计,此方法对其他超导限流器的设计也具有较强的指导意义。

EuBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)超导带材中掺杂相对He^(+)离子辐照缺陷演化及超导电性的影响

为探究稀土钡铜氧化物(REBCO)第二代高温超导带材中掺杂相对离子辐照缺陷演化及超导电性的影响机理,本文采用能量为1.4 MeV的He^(+)离子对国产化未掺杂和掺杂摩尔分数3.5%BaHfO_(3)(BHO)的EuBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)带材进行三种不同剂量的室温辐照实验并退火.电学性能测试表明,随着辐照剂量的增加,掺杂带材的临界电流密度仍均高于未掺杂带材并且下降程度更小.透射电镜表征结果证明,超导层中通过掺杂BHO纳米相引入局域应变改变了辐照He缺陷的迁移行为,在一定范围内修复了损伤的超导结构,提高了带材载流能力的辐照耐受性.同时BHO纳米柱作为强钉扎中心使得掺杂带材临界电流密度的磁场依赖性和温度依赖性受辐照影响更小.不同于中子或重离子辐照后,通过退火可以恢复材料一定程度的超导电性,本文中大剂量He^(+)离子辐照的两种带材经氧气氛退火后,其电学性能继续恶化.相比于未掺杂带材,掺杂带材中BHO产生的局域应变在高温下抑制了辐照He缺陷在三维方向上的尺寸增长,改变了磁通钉扎特性,延缓了因氦泡长大而造成的超导层结构无序和非晶化.本研究为评估REBCO超导带材在辐照环境下的工况服役行为提供了参考依据.

超导带材涂层结构边缘脱粘后的电磁应力分析

YBCO高温超导带材因其较高的临界转变温度和较强的电流承载能力等优点,在超导技术与应用领域受到了广泛的关注。其应用中出现的常见失效模式之一——“边缘脱粘”问题严重影响了结构的稳定性。基于此,针对超导带材边缘局部脱粘后的电磁力学响应问题展开研究,考虑结构受到垂直于带材表面的外部磁场激励,结合弹性力学平面应变方法,计算了超导薄膜内正应力与基底界面处切应力相关联的奇异积分方程,通过切比雪夫级数进行数值求解,给出了结构内的电磁应力分布。结果表明:在外加磁场作用下,超导薄膜内的正应力与薄膜-基底界面处的切应力在未脱粘区域呈对称分布,在边缘脱粘区域产生应力集中现象。带材边缘脱粘宽度的增加会导致薄膜内正应力增大,进而加剧脱粘边缘的进一步脱粘。基底硬度对结构内应力分布影响显著,硬基底材料对超导薄膜有较强的约束,可有效削减薄膜内正应力值。该文的分析可为高温超导带材的理论研究和实际应用供一定的理论基础。

REBCO高温超导多芯带材的制备技术及性能研究进展

二代高温超导稀土钡铜氧(REBCO)带材因其具有优异的临界电流密度、高上临界场、高临界转变温度等优点,已逐渐应用在电力交通、科学仪器、聚变能源等高新技术领域。然而,REBCO高温超导带材具有极大的高宽比(超导带材宽度与厚度的尺寸比),使得其在应用过程中具有较大的交流损耗和较明显的屏蔽电流效应。为避免高宽比造成的影响,将REBCO带材中的超导层采用不同制备技术细分为平行且极窄的“芯丝”,从而将REBCO带材改性为REBCO“多芯带”,目前该领域研究已成为国内外研究者们的关注热点。该文综述了国内外在REBCO带材多芯制备方法与相关性能研究方面的研究进展。基于目前的制备技术,重点综述了商业化带材多芯改性技术(激光切割、机械切割和化学刻蚀)和REBCO多芯带直接成形技术(喷墨打印、机械划痕、两级轮廓衬底)的制备工艺技术对其性能的影响,总结并论述了目前REBCO多芯带材制备技术存在的主要问题及今后的发展方向。

高温超导带材动态电阻的计算与仿真

当高温超导带材通有直流电流并同时处于交变的背景磁场中,会产生动态电阻(dynamic resistance)。在一些超导电力应用中,常常有动态损耗的产生,如超导直线电机、超导磁通泵等场合。本文首先对高温超导带材的动态电阻进行理论分析,并提出了动态电阻的计算模型;同时基于H-formulation对带材的动态电阻进行有限元分析。然后通过相互对比理论和仿真结果,从而验证了动态损耗理论计算方法和仿真分析方法的可行性。

高温超导电缆应用场景与产业发展

高温超导电缆具有容量大、损耗低、自限流、环境友好等突出优点,是解决城市电网升级难题、实现高效率电力传输、赋能大容量电力应用的新兴解决方案,探讨相关产业发展兼具基础研究与工程应用价值。本文剖析了高温超导电缆的技术特点与应用要素,凝练了超级开关站、大电流专线、数据中心供电、基于新能源的电解铝与电解水制氢、集中型充电站、城市轨道交通、大容量直流电网等高温超导电缆的应用场景;从国际、国内两方面总结了高温超导电缆的研制及应用进展,尤其是全面梳理了我国的关键产品研制、关键技术研究、工程项目实施情况。进一步探讨了加强运维技术、攻克大型制冷机技术、降低工程整体造价、与传统电网设施的耦合、形成收益共享机制等高温超导电缆产业未来发展挑战,并针对性地提出了发展建议。相关内容可为高温超导电缆产业高质量发展研究提供参考。

Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材在交流过电流冲击下的失超及恢复特性研究

采用交流冲击实验装置测量了在不同交流过电流、持续交流工作电流及冲击时间情况下,不同散热条件下Bi2223/Ag和YBCO高温超导带材的电压、电流和温度随时间变化曲线,分析了冲击期间和冲击后带材各参数变化及失超恢复时间与散热条件和冲击参数的关系。研究结果表明:带材在交流过电流冲击下的失超和恢复过程主要取决于冲击能量和冲击过后带材内发热与散热的竞争效应。

10m钇钡铜氧高温超导带材的研究

由于钇钡铜氧超导体(YBCO)在液氮温区(77K)具有非常高的不可逆场,用这种材料制成的带材在高场中具有很强的高载流能力,使得它在电力应用,如传输电缆、电机、储能和磁体等诸多方面具有广阔的应用前景。本文在具有双轴织构的10m级NiW合金基带上动态、连续地制备了具有Y2O3,YSZ,CeO2等多层隔离层的YBCO涂层导体;研究了膜的生长条件及各层膜之间的取向关系等,成功地制备出10m长双轴取向的CeO2/YSZ/Y2O3隔离层,Y2O3,YSZ和CeO2的!扫描半高宽沿长度方向都分布在7°～8.2°范围内,平均值分别为7.69°,7.75°和7.93°,表明整个长带具有均匀一致的立方织构。扫描电子显微镜和俄歇电子探针观测了表面微结构和界面状态,结果显示Y2O3,YSZ和CeO2表面致密连续,无微裂纹;其上生长的YBCO具有C轴和平面内双轴取向,临界转变温度Tc达88K,最大临界电流Ic达40A/cm-width(77K,0T)。

实用Bi系高温超导带材

介绍了(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox(BSCCO)带材产业化生产技术,并就几个关键环节如前驱粉制备与预处理、导线的机械加工以及带材的形变热处理等作了详尽的阐述,比较了世界各国的发展现状。针对特定的高温超导应用方向如超导电缆、超导磁体和电流引线等,研究了提高长导线均匀性的关键技术,进行BSCCO导线的多样化设计以降低导线的交流损耗、热导率和临界弯曲半径,并对导线进行表面改性处理如涂镀绝缘漆和镀锡等。结合已有的研究基础,从提高BSCCO带材的性能和降低生产成本出发,指出了BSCCO带材产业化技术今后的发展方向。

磁体用多芯Bi-2223/Ag超导带材的制备和性能

研究了用粉末装管技术制备磁体用多芯Bi－2223／Ag超导带材的工艺和性能。结果表明，得到的氧化物芯丝均匀的多芯Bi－2223／Ag超导带材，其Bi－2223单相性较好巨晶粒具有c轴取向。在77K，OT下，短带的临界电流密度Jc达2．2×104A／cm2（判据1μV／cm）。用此带制做的小型超导磁体（外径为85mm，内径10mm，高60mm），在4．2K和77K下，磁体通过的；临界电流Ic分别为135A和17A（判据1μV／cm），对应此电流，该磁体产生的磁场分别为1．04T和0．13T。

基于国产YBCO带材的高温超导发电机的研制

随着可再生能源工业的发展对发电机技术提出更高容量和更大功率密度的需求,高温超导发电机在海上风力发电机领域有着广阔的应用前景。中国科学院电工研究所与上海电气集团上海电机厂有限公司合作研究高温超导发电机技术并研制基于国产YBCO带材的500 kW高温超导发电机原理样机。500 kW高温超导发电机为首台基于国产YBCO超导带材的高温超导发电机。目前,超导发电机已经完成研制工作并进行满负荷运行测试,电机运行良好,各项指标依据国标测试达到预期值。该文着重介绍500 kW高温超导发电机系统的研制工作,其中包括国产YBCO带材和9%Ni低温导磁钢的电磁特性研究,超导励磁绕组的优化设计和研制,同时介绍500 kW高温超导发电机的系统级测试工作,包括空载特性、负载特性、满载效率,并给出相应实验测试结果。

多块YBaCuO高温超导体在永磁轨道上的悬浮力

】报道了多块 YBa Cu O高温超导体块材的不同组合方式在永磁轨道上的磁悬浮力的实验研究结果 ,实验研究证明不同的组合方式对其悬浮力的影响较大。作者分别研究了四块 YBa Cu O高温超导体块材以不同的组合方式在永磁轨道上的悬浮力 ,并进行了分析比较 。

外界磁场对两种YBCO超导带材临界电流及n值影响分析

为掌握钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材在不同种类和大小的外界磁场环境下的基本特性,针对AMSC和Superpower制备的两种不同的YBCO超导带材(超导带材Ⅰ和Ⅱ)在不同磁场强度及角度下的Ic及n值进行实验测量和计算,分析了外界磁场变化对Ic及n值的影响。采用在液氮环境下改变超导带材的外界磁感应强度及角度(0～0.9T,0～90°),在交直流背景磁场下,应用直流超导电源给超导带材加载流并测量带材两端的电压,获得两种YBCO高温超导带材的Ic(1μV/cm)及n值(0.1～1.5μV/cm)。由实验结果可知,虽然两种超导带材的Ic及n值都随外界磁场强度的增大而减小,但是无论是在直流背景磁场还是在交流背景磁场下,带材表面与磁场的夹角对超导带材Ⅰ特性的影响要小于超导带材Ⅱ,超导带材Ⅰ的稳定性要好于超导带材Ⅱ。

YBCO超导带材交流过流冲击下的稳定性

通过实验方式测量了各种交流过电流幅值以及持续时间情况下,YBCO超导带材电压、电流和温度,以及冲击后临界电流的变化情况,结合YBCO超导带材的过电流冲击下的热传导模型,以及液氮的热交换系数对YBCO超导带材过流冲击条件下的电及热特性进行分析,并根据对YBCO超导带材的性能退化与温度对应关系的分析,提出其过流冲击下的安全极限。研究结果可以为YBCO超导带材的性能优化和超导电力设备的设计提供有益的参考。

高温超导带材的失超传播特性研究

对 Bi-2223/Ag 高温超导多芯带材在失超传播过程中的电压特性和温度特性进行了研究。测量了在液氮保护冷气氛(77K)环境下,零背景磁场时 Bi-2223/Ag 超导多芯带的纵向失超传播速度与传输电流的关系,并得到最小传播电流。同时采用有限元方法(finite element method,简称 FEM)模拟出超导体失超传播过程中由超导态过渡到正常态的温度变化行为。另外,比较了在相同传输电流、不同猝灭(失超) 能量下的失超传播特性。这对高温超导体磁体及电力系统中的应用有着重要的实际意义。

面向实用化的第二代高温超导带材研究进展

自20世纪80年代钇钡铜氧化合物被发现具有超导电性以来,它受到了世界范围内研究者的广泛关注。该材料具有高不可逆场、高超导转变温度、高临界电流密度等本征物理优势。这种材料以薄膜外延沉积在织构柔性金属基带上,被称为第二代高温超导带材。近年来,国内外数家科研机构和公司解决了生产公里级超导带材的技术瓶颈,已能够批量生产第二代高温超导带材,极大地推动了超导示范工程的开展。此外,超导带材用户单位也从应用角度向超导带材性能提出新的要求,拉动了超导带材材料的发展。本文结合国内外二代超导带材发展的主要趋势,重点介绍面向实用化第二代高温超导带材研发取得的主要进展。

散热环境对高温超导带材失超传播速度的影响

对Bi2223/Ag高温超导带材在制冷机环境下的失超传播特性进行测量,主要研究横向散热介质对纵向失超传播速度的影响。在样品带材的两个侧面贴敷不同的散热介质,由热电偶监测样品带在不同传输电流和工作温度时的失超温度轨迹,进而得到超导带材的纵向失超传播速度变化规律。结果表明,超导带材的横向散热环境越好,纵向失超传播速度越慢,通过改善超导体横向散热结构可以大幅提高超导体稳定性。这对超导磁体的饼式线圈设计和高温超导体的稳定性研究有重要意义。

高温超导带材的交流损耗

介绍了交流损耗的物理机制及其与外场强度、频率等物理量间的关系 ;给出了单芯及多芯超导体中的交流损耗的实验结果及理论描述 ;指出了交流损耗研究中尚存在的某些问题。