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Al改性MgB_(2)材料与金属界面特性及其超导性能研究

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功能材料 2024年第4期55卷 4007-4012页

作者：唐诗雨何佳黎学明杨文静王爱峰倪子惠周善彬重庆大学化学化工学院重庆400000 重庆大学物理学院重庆400000

针对MgB_(2)超导材料用于液氢液位传感器的临界转变温度与液氢液化温度差异大和原始粉末与金属护套界面反应导致测量控制难的问题,研究了降低MgB_(2)临界转变温度的改性技术,以及改性后粉末与金属护套Fe、Monel反应产物及退火温度对其... 详细信息

针对MgB_(2)超导材料用于液氢液位传感器的临界转变温度与液氢液化温度差异大和原始粉末与金属护套界面反应导致测量控制难的问题,研究了降低MgB_(2)临界转变温度的改性技术,以及改性后粉末与金属护套Fe、Monel反应产物及退火温度对其超导转变宽度的影响。结果表明,当掺杂量x=0.15时,Mg_(1-x)Al_xB_(2)多晶样品的临界转变温度为30 K左右,满足液氢液位传感器使用环境。金属护套Fe、Monel与前驱体粉末Mg、Al之间都有不同程度的扩散界面发生,Fe金属护套样品扩散层厚度较小,大约为25μm,更适合于Al掺杂MgB2超导线材的制备护套材料。不同退火温度下的带金属护套的Fe、Monel改性MgB_(2)样品仍具有明显的超导转变,且超导转变温度满足液氢液位计使用环境。

关键词： MgB_(2) Al掺杂扩散层临界转变温度超导性能

喷雾热分解制备Bi-2212前驱粉末的相演变和超导性能

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稀有金属材料与工程 2022年第11期51卷 3998-4002页

作者：崔利军杨帆侯繁有孙霞光刘建伟闫果刘向宏冯勇张平祥郝清斌张胜楠刘国庆西北有色金属研究院陕西西安710016 西部超导材料科技股份有限公司超导材料制备国家工程实验室陕西西安710018

采用喷雾热分解技术制备高温超导Bi_(2)Sr_(2)CaCu_(2)O_(x)(Bi-2212)前驱粉末,并研究了粉末热处理过程中的相演变过程及线材的超导性能。结果表明,喷雾热分解制备的粉末平均粒度为3.03μm,颗粒为球状并呈弥散分布。粉末在热处理过程中... 详细信息

采用喷雾热分解技术制备高温超导Bi_(2)Sr_(2)CaCu_(2)O_(x)(Bi-2212)前驱粉末,并研究了粉末热处理过程中的相演变过程及线材的超导性能。结果表明,喷雾热分解制备的粉末平均粒度为3.03μm,颗粒为球状并呈弥散分布。粉末在热处理过程中的相演变包含4个过程:粉末在527℃下主要进行硝酸盐的分解和组元之间的初步反应;由于喷雾粉末具有很高的活性,在588℃时生成Bi_(2)Sr_(2)CuO_(x)(Bi-2201)相;喷雾粉末在780℃发生Bi-2212相的成相反应;在834℃时粉末完全融化。Bi-2212/Ag超导线材的热处理温度窗口很窄,最高热处理温度T_(max)变化±2℃时,临界电流Ic的降幅达到了31 A。Bi-2212/Ag超导线材的最佳T_(max)为885℃,在该温度条件下制得的线材临界电流Ic(4.2 K,0 T)达到最高值,约为486 A。前驱粉末的热处理气氛为氧气时,线材的临界电流可以进一步提高到712 A。

关键词： Bi-2212 相演变超导性能

人生万事须自为——记兰州大学土木工程与力学学院副院长张兴义

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科学中国人 2024年第5期 65-67页

作者：郑心张利霞不详

超导现象是20世纪最重要的科学发现之一。随着新型超导材料的不断研发,超导材料及其强磁场超导磁体的研制设计已成为各类高性能前沿科学装置与工程装置研发的基础。其中,力学变形对超导材料自身超导性能的影响已成为制约强场超导磁体开... 详细信息

超导现象是20世纪最重要的科学发现之一。随着新型超导材料的不断研发,超导材料及其强磁场超导磁体的研制设计已成为各类高性能前沿科学装置与工程装置研发的基础。其中,力学变形对超导材料自身超导性能的影响已成为制约强场超导磁体开发研制的关键环节之一。正是聚焦于这一前沿,兰州大学(简称“兰大”)土木工程与力学学院副院长张兴义自投身科研以来便一直潜心于此领域,围绕超导材料及结构的力学特性开展研究。

关键词：超导材料超导磁体超导性能超导现象兰州大学土木工程前沿科学强磁场

成分分布对快热急冷Nb3Al线材成相及超导性能的影响

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成分分布对快热急冷Nb3Al线材成相及超导性能的影响

作者：冉明明西南交通大学

学位级别：硕士

可控核聚变具有原料充足、安全可靠、无环境污染等优势而受到广泛关注,其中全超导磁约束托卡马克装置是实现聚变能利用的最有效途径。大型超导磁体是全超导可控磁约束聚变堆的关键,其中高性能的超导线材是磁体绕制的核心材料。目前应用... 详细信息

可控核聚变具有原料充足、安全可靠、无环境污染等优势而受到广泛关注,其中全超导磁约束托卡马克装置是实现聚变能利用的最有效途径。大型超导磁体是全超导可控磁约束聚变堆的关键,其中高性能的超导线材是磁体绕制的核心材料。目前应用于10 T以上高场磁体的实用超导材料主要有NbSn和NbAl。与NbSn相比,NbAl具有更高的超导转变温度、临界电流密度等超导性能,特别是优异的应变耐受性使NbAl成为下一代高场磁体的理想候选材料。目前,快速加热、淬火和转变(RHQT)工艺已成功制备具有高临界电流密度(J)的千米级NbAl线材,该工艺也被认为是最有希望实现大规模应用的技术。在加热过程中的相形成顺序和微观结构的演变对于稳定制备高性能线材起到至关重要的作用。本论文围绕NbAl线材快热急冷的成相过程与超导性能展开研究,系统性探索PIT线材、JR线材快热急冷处理过程中相演化情况,总结成相过程与线材超导性能之间的关系。综合分析了Nb-Al局域成分分布对NbAl线材成相规律的影响,为优化线材性能及制备实用超导材料提供理论依据。通过粉末装管法制备初始Al含量22 at%-28 at%的超导线材,在不同条件下进行快热急冷处理。RHQ过程中的物相和微观结构主要由RHQ条件和局部Nb-Al分布决定。不同初始Al含量的PIT线材成相过程具有普遍性规律,初始组分的改变并不会对线材的成相过程造成显著影响。PIT线材中相形成顺序可归纳为:Nb+Al→共晶相+Nb Al→NbAl+NbAl→网格形貌bcc→带状特征bcc。由于初始Nb-Al组分不一致,芯丝会出现局部成分的变化,导致其转变线材A15相的晶格参数及实际Al含量产生差异,进而影响线材的超导性能。在PIT线材中,bcc成相区域根据微观结构及局部组分的差异可细分为三个阶段。经过800℃相变热处理之后,初始Al含量为26 at%在bcc区域第2阶段淬火的线材展现出最佳的超导性能。初始Al含量22 at%-28 at%线材的超导转变温度范围为16.6 K至17.1 K,ΔT为0.5 K至0.8 K,8 K、5 T下的J值从4.7×10 A/cm至2.0×10 A/cm变化,8 K时B为14.5 T-15.7 T。使用卷绕法制备了单芯及多芯前驱线,对线材施加不同的RHQ电流使其处于不同的温度区间,分析了淬火态线材的物相及微观结构。对于JR单芯线而言,能量密度较低时出现A15、σ及共晶相,随着能量密度的升高形成bcc相,bcc成相区域的微观结构演化与PIT单芯线表现出类似规律。Nb(Al)存在ND(110)方向的纤维织构,同时bcc晶界角显著依赖于RHQ条件,能量密度越高,更加集中于小角度晶界。随着能量密度的升高,Nb(Al)晶粒显著增大,温度过高会导致晶粒过度长大,不利于晶粒细化。不同于单芯线成相过程,JR多芯线存在充分反应的固相Nb(Al),芯丝部分均匀性进一步提升,组分差异基本消除。微观结构演化的结果表明,将Nb层的厚度控制在远低于Al扩散距离的范围内对于获得均匀的bcc固相起到至关重要的作用。成相过程的差异性也导致其最佳性能区间不同。当线材中Nb-Al层较宽时,加热至液相温区使芯丝完全熔化,此时线材中Nb-Al元素充分反应,成相均匀,超导性能较为优异。Nb-Al间距较小时,加热至固相bcc成相区,淬火得到化学计量比Nb(Al),可稳定控制线材的超导性能。

关键词： Nb3Al超导材料快热急冷处理粉末装管法卷绕法微观结构超导性能

NiFe2O4纳米粒子掺杂对单畴YBCO超导块材性能的影响

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物理学报 2020年第23期69卷 230-236页

作者：李国政陈超天津师范大学物理与材料科学学院天津300387

采用一种新型的顶部籽晶熔渗生长(TSIG)工艺制备了铁酸镍(NiFe2O4,NFO)纳米粒子掺杂的YBCO超导块材,并对其生长形貌、微观结构、超导性能进行了研究.结果表明,在低掺杂量下,YBCO单畴体的正常生长不会受NFO掺杂的影响,但是在高掺杂水平... 详细信息

采用一种新型的顶部籽晶熔渗生长(TSIG)工艺制备了铁酸镍(NiFe2O4,NFO)纳米粒子掺杂的YBCO超导块材,并对其生长形貌、微观结构、超导性能进行了研究.结果表明,在低掺杂量下,YBCO单畴体的正常生长不会受NFO掺杂的影响,但是在高掺杂水平下样品边缘开始出现明显的随机成核.磁悬浮力性能测试结果表明,随着NFO掺杂量的增加,样品的最大磁悬浮力先增大后减小,掺杂重量百分比为0.2%的样品表现出最大的磁悬浮力(33.93N).低温磁性测试结果表明,随着NFO掺杂量的增加,样品的Tc值逐渐降低,而且超导转变宽度(ΔTc)也逐渐变宽.最佳掺杂下(重量百分比为0.2%)样品的零场Jc值为8.68×104 A/cm2,比未掺杂样品提高了31%.电子探针微区分析(EPMA)结果表明,YBCO体系中掺杂的纳米NFO在热处理过程中发生了分解,而溶解出的Ni和Fe离子最终以元素替代的方式存在于YBCO块材内,这可以在超导基体中引入晶格畸变和弱超导区作为有效的磁通钉扎中心,从而提高样品的超导性能.

关键词：单畴YBCO 顶部籽晶熔渗生长 NiFe2O4 纳米粒子掺杂超导性能

BaCuO2-δ含量和Sm/Gd比例对(SmGd)-Ba-Cu-O单畴样品超导性能和磁通钉扎机制的影响

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稀有金属材料与工程 2008年第5期37卷 753-757页

作者：代建清赵忠贤昆明理工大学云南昆明650093 中国科学院物理研究所超导国家重点实验室北京100080

采用热籽晶技术和"二步冷却"生长工艺,在空气中制备出了(SmGd)-Ba-Cu-O体系的单畴熔融织构样品,研究了BaCuO2-δ含量以及Sm/Gd比对超导性能和磁通钉扎机制的影响。研究表明,制备出的(SmGd)-Ba-Cu-O体系熔融织构样品没有宏观裂纹,77K下... 详细信息

采用热籽晶技术和"二步冷却"生长工艺,在空气中制备出了(SmGd)-Ba-Cu-O体系的单畴熔融织构样品,研究了BaCuO2-δ含量以及Sm/Gd比对超导性能和磁通钉扎机制的影响。研究表明,制备出的(SmGd)-Ba-Cu-O体系熔融织构样品没有宏观裂纹,77K下的冻结场呈中心对称的圆锥形;当BaCuO2-δ的加入量x=0.2时,样品的Tc和Jc都比较高,其超导性能达到最佳值,过高或过低BaCuO2-δ的含量都对超导性能不利;BaCuO2-δ的加入抑制了LRE-Ba的整体替代,使得超导基体中的组分波动具有更强的ΔTc钉扎;临界电流密度Jc和超导转变温度Tc都随着Sm/Gd比降低而增大,样品的临界电流密度都有非常明显的"鱼尾效应"。

关键词： (SmGd)-Ba-Cu-O 熔融织构超导性能磁通钉扎

Zn^(2+)掺杂的YBCO薄膜的超导性能研究

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功能材料 2011年第11期42卷 2116-2118页

作者：雷黎赵高扬徐慧西安理工大学现代分析测试中心陕西西安710048 西安理工大学材料科学与工程学院陕西西安710048

采用溶胶-凝胶法在LaAlO3(LAO)单晶衬底上制备了Zn2+掺杂的YBCO薄膜,用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及标准四引线法分别研究了Zn2+掺杂的YBCO薄膜的微观结构、生长取向以及超导性能。结果表明,随Zn2+掺杂浓度的增大... 详细信息

采用溶胶-凝胶法在LaAlO3(LAO)单晶衬底上制备了Zn2+掺杂的YBCO薄膜,用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及标准四引线法分别研究了Zn2+掺杂的YBCO薄膜的微观结构、生长取向以及超导性能。结果表明,随Zn2+掺杂浓度的增大薄膜的临界电流密度提高,而临界转变温度下降、临界转变温区变宽;但当掺杂量>0.5%(摩尔分数)时,会影响YBCO的c轴取向生长,导致超导性能变差。通过优化掺杂比例后得到Zn2+掺杂0.5%(摩尔分数)的YBCO薄膜具有最好的综合超导性能,其TC为91.3K,ΔT为1.1K,Jc约为1.54MA/cm2(77K,0T)。

关键词： YBCO薄膜溶胶-凝胶法涡旋钉扎超导性能

二次单畴化制备GdBCO超导块材的方法及其性能

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物理学报 2021年第15期70卷 273-280页

作者：王妙杨万民王小梅昝雅婷陈森林张明胡成西西安航空学院理学院西安710077 陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710062

高质量单畴REBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(REBCO)超导块材具有广泛的应用前景,但制备过程中极易产生大量多畴样品,致使成功率明显下降、成本显著提高,并制约其进一步批量化和实用化的进程.受顶部籽晶熔渗生长(TSIG)方法的启发,本文提出了一种... 详细信息

高质量单畴REBa_(2)Cu_(3)O_(7-δ)(REBCO)超导块材具有广泛的应用前景,但制备过程中极易产生大量多畴样品,致使成功率明显下降、成本显著提高,并制约其进一步批量化和实用化的进程.受顶部籽晶熔渗生长(TSIG)方法的启发,本文提出了一种对生长失败的GdBCO超导块材重新单畴化织构生长的新方法,即将生长失败的样品进行预处理后作为固相源坯块,然后采用改进后的TSIG法进行二次单畴化织构生长,并成功地制备出了一系列二次单畴化的GdBCO超导样品,同时,对样品的超导性能及微观结构进行了研究.结果表明,所制备的二次单畴化GdBCO超导样品的磁悬浮力均大于30 N,样品的捕获磁通密度均在0.3T以上,捕获磁通效率高达60%以上,该结果为进一步发展低成本、高效率制备REBCO超导体的新方法提供了科学依据和新思路.

关键词：单畴 GdBCO 超导体二次单畴化生长顶部籽晶熔渗超导性能

19芯MgB2/Nb Cu/Monel超导线材的制备及其性能

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稀有金属材料与工程 2019年第10期48卷 3320-3324页

作者：王庆阳张可荣熊晓梅杨芳郗丹潘熙锋冯建情闫果冯勇张平祥西北有色金属研究院陕西西安710016 西藏民族大学陕西咸阳712082 西部超导材料科技股份有限公司陕西西安710018

为了提高多芯MgB2超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,采用强度较高的梦乃尔合金(Monel400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(insituPIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB2超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉... 详细信息

为了提高多芯MgB2超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,采用强度较高的梦乃尔合金(Monel400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(insituPIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB2超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉拔、轧制和中间退火热处理相结合的方法从Φ25mm加工到Φ1.0mm。对加工过程不同阶段的多芯复合线材进行了微观结构分析。结果表明,多芯线材中MgB2芯丝分布较为规整,Nb阻隔层表面较为光滑,未出现明显破损现象。最终Φ1.0mm的多芯线材中MgB2超导芯丝的平均直径约为100μm。热处理后MgB2线材的抗拉强度和屈服强度分别达到396和200 MPa。MgB2线材的临界电流密度在4.2 K、4 T时达到1.23×10^5 A·cm^-2。

关键词：二硼化镁多芯线材微观结构力学性能超导性能