高温超导YBCO单晶畴生长中的过冷度和生长机制
作者单位：西北有色金属研究院超导材料所 西部超导材料科技股份有限公司 CRETA/CNRS B.Verkin Institute for Low Temperature Physics and EngineeringNational Academy of Sciences of Ukraine 合肥工业大学机械工程学院摩擦研究所 陕西科技大学机电工程系 西北有色金属研究院难熔金属研究所 西北有色金属研究院贵金属研究所
会议名称：《第十届全国磁悬浮技术与振动控制学术会议(CSMLTVC10)》
会议日期：2022年
学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学]
关 键 词：高温超导 YBCO单晶畴 粉末融化法 过冷度 生长机制
摘 要：我们采用粉末融化法(PMP)制备了YBCO单晶畴块材。通过淬火实验、热重测试观察,研究了PMP-YBCO单晶畴的生长动力学。通过生长速率测试,在PMP-YBCO单晶畴生长中发现存在一个过冷度的分界点ΔT′。当ΔTΔT′时,R和R随着过冷度的增大而减小。对于ab面的生长速率R,ΔT′≈10～18 K,对于c轴方向的生长速率R,ΔT′≈20K。我们的实验证实这一生长速率随过冷度增大而降低的现象是氧扩散造成的。当氧气饱和度低而且扩散缓慢时,即使过冷度增加,生长速率也不会增大反而受制于氧气的扩散速度,氧扩散控制了单晶畴生长。因此,我们认为在PMP-YBCO单晶畴的生长中存在两个生长体系:熔-固体系和气-固体系。在熔-固体系生长中,生长速率R(R和R)与温度过冷度ΔT的二次方成正比;在气-固体系中,生长速率R与气体(氧气)的界面扩散速率成正比。那么就存在两种溶质扩散形式:在熔-固体系中,Y、Ba和Cu离子通过熔融液态扩散到达生长界面前沿,其扩散包括溶质扩散和界面扩散两个过程;在气-固体系中,氧气直接从空气中扩散到界面上,溶质扩散仅是界面扩散一个过程。在PMP-YBCO单晶畴的生长中,这两种扩散机制会同时发生作用。YBCO晶畴的生长除了温度过冷度ΔTT外,成分过冷也对单晶畴生长提供了驱动力,所以单晶畴生长的总驱动力来源于温度过冷ΔTT和组分过冷ΔTc之和,ΔT=ΔTT+ΔTc。我们的PMP-YBCO单晶畴块材在77K下测得磁化临界电流密度J为～1.2×10A/cm (77K)。