新型籽晶、大尺寸YBCO塊材制備研究.pdf

1、自高溫超導(dǎo)體問(wèn)世以來(lái)，無(wú)論在基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用方面都重大進(jìn)展。作為其中的一種，YBa2Cu3Oz(YBCO)高溫超導(dǎo)塊材，具有高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和高臨界電流密度(Jc)等優(yōu)越的物理性能，因而有廣泛的應(yīng)用前景，可用于磁懸浮列車(chē)、磁性軸承、飛輪儲(chǔ)能和永磁體等方面。這些應(yīng)用要求制備具有高Tc、Jc又和高凍結(jié)磁場(chǎng)性能的REBa2Cu3Oz(REBCO)大單疇塊體材料。作為超導(dǎo)材料的一項(xiàng)重要制備技術(shù)，熔融織構(gòu)法是一種有效的生長(zhǎng)具有高磁懸力和高凍結(jié)磁場(chǎng)

2、YBCO塊材的方法。為了提高塊材的凍結(jié)磁場(chǎng)，需要制備大尺寸的塊材。頂部籽晶法可以增大塊材單疇的尺寸，但是無(wú)法進(jìn)一步增加其直徑。本論文研究了新型籽晶熔融織構(gòu)法大尺寸YBCO塊材生長(zhǎng)，對(duì)摻雜大尺寸塊材制備關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展具有探索和創(chuàng)新性的研究：
　　 1.通過(guò)項(xiàng)部籽晶提拉法，我們制備了一系列具有不同Pr摻雜量的YBCO超導(dǎo)晶體，Pr元素在Y1-xPrxBa2Cu3Oz(Pr-YBCO)中的含量從微量的x=0.008一直增加到x=0.0

3、36。通過(guò)PPMS等測(cè)試手段，我們發(fā)現(xiàn)在Pr-YBCO晶體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Te隨著Pr摻雜量的變化規(guī)律和文獻(xiàn)中通過(guò)固相成相法制備的PrYBCO材料相類(lèi)似：在微量Pr摻雜的情況下，Tc受到的影響不大。而當(dāng)Pr含量x超過(guò)0.1乃至0.2的時(shí)候，Tc會(huì)有明顯的下降直到失去超導(dǎo)性能。
　　 2.采用ICP表征手段，我們獲得了摻雜元素Pr在熔體中以及生成的Pr-YBCO晶體中的熔解度等數(shù)據(jù)，從而得到在不同的Pr摻雜量下Pr元素的分凝系數(shù)、溶

4、劑成份和摻雜量的相互間關(guān)系。在各種不同的Pr摻雜量下Pr元素的分凝系數(shù)k=Cs/Cl都要大于1，這說(shuō)明隨著Pr含量在YBCO晶體中的增加，其熔點(diǎn)Tp應(yīng)該隨之上升。而實(shí)際上PrBCO單晶體的熔點(diǎn)要低于YBCO單晶體的熔點(diǎn)，而兩種稀土元素混合的REBCO體系卻出現(xiàn)了Tp上升的反?，F(xiàn)象。這個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)同時(shí)可以向生長(zhǎng)窗口更大的Pr-YBCO塊體材料中延伸，尋求一些優(yōu)化的摻雜量和生長(zhǎng)條件。
　　 3.通過(guò)對(duì)熔融織構(gòu)生長(zhǎng)機(jī)制的分析，優(yōu)化了工藝

5、參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)中在較短的生長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)(60h)制備了一批直徑為42mm、Pr摻雜量為2mo1％的Pr-YBCO塊材。
　　 4.對(duì)使用大尺度的Sm211晶須作為籽晶進(jìn)行熔融織構(gòu)生長(zhǎng)Sm123塊體材料實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)0°和45°兩種外延取向都會(huì)出現(xiàn)，需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)生長(zhǎng)工藝參數(shù)。
　　 5.通過(guò)對(duì)薄膜籽晶熔融織構(gòu)YBCO塊材生長(zhǎng)研究表明，沉積在單晶基板上的REBCO種膜，由于其面內(nèi)取向?yàn)?5°的四對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此可以誘導(dǎo)控制塊材的外延生