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YBCO单畴超导块材由于其优异的磁场俘获能力和自稳定磁悬浮特性,在超导磁悬浮、飞轮储能等技术领域有着诱人的应用前景。目前,Y系高温超导体块材存在的问题是:如何生长大尺寸单畴块材;如何制备出高磁悬浮力和俘获磁场的高性能单畴块材。
本论文在YBCO定向凝固生长理论的基础上,采用顶部籽晶熔融织构生长工艺(TSMTG)制备YBCO单畴块材,通过对样品宏微观形貌的观测,磁悬浮力、临界电流密度及俘获场的测试,重点研究了大尺寸高性能YBCO单畴块材的定向凝固生长以及NdBCO籽晶的制备技术。主要结果如下:
1、为了解决在大尺寸YBCO单畴块材在制备过程中的非籽晶成核问题,我们通过一系列淬火实验,发现Y211含量对胚体起始生长温度Ts存在影响。这意味着通过适当调整Y211相含量的比例,可以有效地拓展生长温度窗口,从而生长出大尺寸块材。通过淬火样品的形貌分析还发现,Y211相含量较多的胚体单畴的生长速度较快。因此,综合考虑Y211含量对胚体起始生长温度和生长速度的影响,我们分别制备出了53、58和7mm大直径YBCO单畴块材。
2、为了进一步提高YBCO单畴块材的磁悬浮力,我们对影响磁悬浮力的因素进行研究。通过一系列实验研究磁悬浮力与样品临界电流密度、微结构的关系。结果表明,微裂纹和孔洞是影响磁悬浮力的重要因素。我们提出了一个模型,很好的解释了小孔和微裂纹对磁悬浮力的影响。在大直径单畴的制备中,适当把握烧结前一阶段的恒温时间,控制好液相流失,可以有效地减少孔洞和微裂纹,从而把块材的磁悬浮力密度提高到15.5N/cm2。
3、采用不同Nd123/Nd422前驱粉配比和不同的起始慢冷生长温度尝试制备NdBCO单畴块材,发现采用1:0.15的配比,可以制备出织构好、面积较大的NdBCO单畴块材。采用NdBCO籽晶制备出了形貌和性能较好GdBCO和SmBCO/Ag单畴块材,解决了LREBCO制备当中的籽晶问题。