釔鋇銅氧-鉍鍶鈣銅氧磁懸浮屬性及相應(yīng)制備工藝研究.pdf

1、為了制備結(jié)構(gòu)性能良好，且磁懸浮性能優(yōu)越的銅氧高溫超導(dǎo)材料，為其應(yīng)用創(chuàng)造進(jìn)一步研究條件，本文主要從材料的制備工藝和性能測(cè)量分析上進(jìn)行深入研究。首先，為減小氣氛?qǐng)龊蜏囟葓?chǎng)分布不均勻?qū)悠窡Y(jié)質(zhì)量的影響，通過(guò)軟件進(jìn)行理論模擬，進(jìn)而設(shè)計(jì)多孔板，改進(jìn)了燒結(jié)爐的結(jié)構(gòu)；其次，為了研究高溫超導(dǎo)材料的磁懸浮性能，采用優(yōu)化方案制備了YBa2Cu3O7-δ(YBCO)和鉍（鉛）鍶鈣銅氧（BPSCCO）兩種高溫超導(dǎo)樣品，且通過(guò)多種表征手段，以對(duì)比判斷材料樣品各

2、性能的優(yōu)劣。最后，對(duì)制備出的高質(zhì)量、高性能的兩種材料進(jìn)行磁懸浮性能的測(cè)量，分析影響其磁懸浮性能的因素，進(jìn)而為材料在應(yīng)用中如何選擇和提高其磁懸浮力提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本文研究獲得了以下結(jié)論：
　?。?）在材料制備過(guò)程中，由于燒結(jié)爐腔內(nèi)的氣場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布直接影響著材料燒結(jié)質(zhì)量，我們針對(duì)該影響因素進(jìn)行了深入研究。我們先從理論研究入手，使用Solid Works軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，進(jìn)而設(shè)計(jì)制作多孔板，將兩層多孔板放置于燒結(jié)爐進(jìn)氣孔處，實(shí)驗(yàn)效果表明

3、，改進(jìn)后的燒結(jié)爐由于氣流和溫度分布均勻，燒結(jié)超導(dǎo)樣品的質(zhì)量明顯提高，而且同爐放置三層樣品燒結(jié)質(zhì)量等同。該項(xiàng)成果已經(jīng)申請(qǐng)專(zhuān)利。
　?。?）在制備YBCO超導(dǎo)多晶塊工藝的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)不同前驅(qū)溶液配制的方案，采用低氟-MOD優(yōu)化工藝制備其薄膜樣品。通過(guò)掃描電鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度（R-T）及臨界電流密度（Jc）等多種表征手段測(cè)量。結(jié)果表明，燒結(jié)溫度控制在815℃時(shí)，不同混合方式的配制，均能得到場(chǎng)性能好，轉(zhuǎn)

4、變溫度高的薄膜樣品，但其致密度和相組成存在著一定的差異，分析對(duì)比進(jìn)而為研究磁懸浮力提供更好樣品的選擇依據(jù)。
　　（3）采用固相反應(yīng)法制備BPSCCO超導(dǎo)多晶塊，由于鉛摻雜量、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間的控制等因素對(duì)樣品質(zhì)量影響明顯。因此，在同等條件下，制備出是否含鉛的樣品，對(duì)比發(fā)現(xiàn)鉛適量摻雜能夠提高磁懸浮性能。進(jìn)而比較在一定鉛含量時(shí)，針對(duì)燒結(jié)溫度和時(shí)間因素制備出一系列樣品。燒結(jié)溫度范圍設(shè)計(jì)在820~880℃，燒結(jié)時(shí)間12h，結(jié)果表明在溫度

5、較低時(shí)，樣品未實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，溫度在870℃時(shí)，樣品底部出現(xiàn)融化現(xiàn)象。而燒結(jié)溫度控制在826~856℃制備的樣品，經(jīng)測(cè)量分析得到溫度低于836℃時(shí)，該材料仍未實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，且2201和2212相及雜相含量較多。樣品在最佳燒結(jié)溫度856℃，延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間至40h下，2223相含量高，高Tc相易形成。
　?。?）分別對(duì)YBCO薄膜和BPSCCO超導(dǎo)塊磁懸浮性能進(jìn)行測(cè)量。關(guān)于YBCO樣品，我們使用MATLAB軟件模擬磁塊的磁場(chǎng)分布，測(cè)量樣品

6、在磁場(chǎng)中的磁懸浮力，將數(shù)據(jù)擬合成曲線，進(jìn)而直觀反映該樣品的磁懸浮力在磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)梯度和強(qiáng)度×梯度下變化的快慢；對(duì)于BPSCCO樣品，測(cè)量在一定磁場(chǎng)下，液氮溫區(qū)中所呈現(xiàn)的懸浮高度表明，其磁懸浮性能與樣品燒結(jié)前后的體積收縮程度有關(guān)，體積收縮最佳時(shí)，磁懸浮高度最高。
　　綜上，我們通過(guò)采用優(yōu)化工藝制備，對(duì)樣品測(cè)量分析對(duì)比，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)而提高超導(dǎo)樣品的磁懸浮性能，增強(qiáng)推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)高效利用該超導(dǎo)材料的磁懸浮性能，為其應(yīng)用提供材料基礎(chǔ)和