新型高熱穩(wěn)定性薄膜籽晶誘導(dǎo)外延生長超導(dǎo)單晶塊材的研究.pdf

1、高溫超導(dǎo)體(HTSC)因其優(yōu)越的超導(dǎo)性能及巨大的潛在應(yīng)用價值,不僅一直是科學(xué)界的研究重點(diǎn),而且也是國家戰(zhàn)略型科技發(fā)展的重點(diǎn)之一。而由于REBa2Cu3O7(REBCO或RE123,其中RE代表Y、Gd、Sm及Nd等稀土元素)體系超導(dǎo)體具有高凍結(jié)磁場的特性, REBCO超導(dǎo)單晶塊材在諸如磁懸浮力、磁性軸承、飛輪儲能和永磁體等方面有許多潛在的應(yīng)用。作為應(yīng)用的必要前提,高性能的REBCO單晶塊材制備是必須要解決的問題。盡管目前REBCO超導(dǎo)單

2、晶塊材的生長與制備技術(shù)已經(jīng)取得了不小的進(jìn)步,但仍然存在著一些難點(diǎn)。目前YBCO單晶塊材的制備工藝已經(jīng)發(fā)展得比較成熟,但是比YBCO材料超導(dǎo)性能更加優(yōu)越的輕稀土類 LREBCO(LRE=Nd、Sm、Gd)超導(dǎo)單晶塊體的制備仍存在不少問題。而另一方面,由于生長REBCO單晶塊材存在著約20％的廢品率,這些誘導(dǎo)生長未成功而廢棄的塊材,既加劇了REBCO單晶塊材的生長成本,同時也是資源的極大浪費(fèi)。本文的科學(xué)意義主要在于從單晶塊材的生長和薄膜熱穩(wěn)

3、定性的研究出發(fā),討論了外延生長高性能 REBCO單晶塊材及再回收廢棄REBCO塊材的思路及方法,并取得了一些本領(lǐng)域首創(chuàng)或最好的研究結(jié)果。主要成果如下:
　　1.新型高熱穩(wěn)定性的薄膜籽晶用于外延誘導(dǎo)高性能的REBCO單晶塊體材料
　　在頂部籽晶熔融織構(gòu)生長法(TSMTG)中,我們首次報道了一種新型的NdBCO薄膜——NdBCO/YBCO/MgO薄膜,該薄膜引入了特殊的YBCO中間緩沖層結(jié)構(gòu),更好的提升了薄膜的過熱性質(zhì)。NdBC

4、O/YBCO/MgO薄膜比常規(guī)的NdBCO/MgO薄膜過熱度提高了20K,在誘導(dǎo)REBCO超導(dǎo)單晶塊材生長中可承受高達(dá)1120℃(world record)的最高溫度。在常用REBCO超導(dǎo)材料體系中,NdBCO材料具有最高的包晶熔化溫度(Tp≈1085℃),長期以來沒有合適的籽晶用于誘導(dǎo)生長完整的NdBCO單晶塊材。通過上述過熱薄膜作籽晶,無需通過添加銀(Ag)降低 Tp,我們首次在空氣中誘導(dǎo)生長出具有重要應(yīng)用性能的NdBCO超導(dǎo)單晶塊

5、材(直徑16mm,且生長完整)。
　　2.利用新型高熱穩(wěn)定性薄膜籽晶再回收廢棄的YBCO超導(dǎo)塊材
　　高溫超導(dǎo)體因其廣闊的應(yīng)用前景而受到了廣泛的關(guān)注,但昂貴的材料成本則制約著其發(fā)展;但另一方面,批量生長高溫超導(dǎo)單晶塊材的廢品率約為20%,這些因誘導(dǎo)生長未成功而廢棄的REBCO塊材,通常包含有昂貴的銀(Ag)、鉑(Pt)和稀土元素,是資源的極大浪費(fèi)。利用上述薄膜的高過熱性質(zhì),我們發(fā)現(xiàn),只需采用最高溫在REBCO塊材Tp以上10