不同外磁場中高溫超導塊材懸浮特性實驗研究.pdf

1、高溫超導塊材獨特的零電阻、邁斯納效應和磁通釘扎特性，使它能夠在外磁場中實現(xiàn)無需能量輸入的自穩(wěn)定懸浮。磁場是研究物理現(xiàn)象和機理的重要工具，目前，國內(nèi)外在永磁體或永磁導軌產(chǎn)生的磁場中，對高溫超導塊材的靜態(tài)、動態(tài)懸浮特性開展了大量的實驗和理論研究，在一定程度上揭示了超導磁懸浮系統(tǒng)主要的力學特征和動態(tài)響應規(guī)律。然而，在高溫超導體的超導機制還不甚清晰的前題下，對不同外磁場中高溫超導塊材的懸浮特性進行研究，有助于加深對高溫超導體的超導機制及高溫超導

2、塊材與外磁場相互作用機理的理解。目前，對于高溫超導磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性的研究，大多是以永磁體或永磁導軌產(chǎn)生的磁場作為磁源，超導塊材的懸浮性能受到永磁體或永磁導軌磁場強度、位形等的制約。近幾年，隨著超導磁體技術的不斷發(fā)展，可供科學研究使用的磁場強度不斷增強，在超導磁體強磁場中研究高溫超導塊材的懸浮性能逐漸成為一個新的研究方向。
　　本論文在單塊懸浮力測試裝置、高溫超導磁浮車測試系統(tǒng)和可控直冷式超導磁體強磁場懸浮特性測試平臺上，采用實驗

3、方法對比研究在永磁體、永磁導軌和超導磁體磁場中高溫超導塊材的懸浮特性。首先，研究了不同初始冷卻條件、不同工作高度和場冷高度下，高溫超導塊材在永磁體磁場中的懸浮力和懸浮力弛豫特性以及不同排布的高溫超導塊材在永磁導軌磁場中的懸浮力特性。然后，將磁化高溫超導塊材引入磁懸浮系統(tǒng)中，研究在超導磁體穩(wěn)態(tài)磁場中以不同退磁速度和磁化強度場冷形成的磁化高溫超導塊材，在永磁體磁場中的懸浮力和懸浮力弛豫特性。最后，將強磁場這一極端條件用于磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性的

4、研究，對不同初始冷卻條件下的高溫超導塊材，在超導磁體梯度變化低磁場、強磁場中的懸浮力特性進行了研究。并研究了超導塊材在超導磁體強度變化的動態(tài)變化磁場中的懸浮力和懸浮力弛豫特性，揭示了高溫超導塊材在常規(guī)永磁體磁場中無法觀察到的一些新的物理現(xiàn)象和特征，為未來高溫超導磁懸浮系統(tǒng)走向更廣泛的應用提供了一定的實驗依據(jù)。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在永磁體磁場中，場冷超導塊材的極性與永磁體的極性方向會對超導塊的受力產(chǎn)生很大影響。極性方向相同時，超導塊在整

5、個測試過程中都受到懸浮力，超導塊受到的最大懸浮力和磁滯隨著場冷高度的降低而增加;極性方向相反時，超導塊在測試過程中會受到吸引力，超導塊在工作高度處受到的力隨著場冷高度的降低而減小，而磁滯隨著場冷高度的降低而增大;經(jīng)過場冷處理后，高溫超導塊材的懸浮力隨時間的衰減加快，隨著場冷高度的增加，懸浮力的衰減趨勢減小。在永磁導軌磁場中，通過對三種不同排布下高溫超導塊材的懸浮力測試，指出高溫超導塊材的排布、工作高度、冷卻方式、場冷高度以及外部永磁導軌

6、的磁場分布等，都會對磁懸浮系統(tǒng)的懸浮特性產(chǎn)生影響。在將磁化高溫超導塊材引入磁懸浮系統(tǒng)的研究中，得到超導磁體磁場的退磁速度和磁化強度都會對磁化高溫超導塊材懸浮特性產(chǎn)生影響。磁化高溫超導塊材的最大懸浮力隨著退磁速度的增加而降低，隨著磁化強度的增加而增大，但當勵磁電流大于30A時，觀察到懸浮力基本達到飽合，不再隨勵磁電流的增加而增大;磁化高溫超導塊材的懸浮力衰減隨著磁化電流的增加而加快，隨著工作高度的提高而降低。在超導磁體梯度變化磁場中的研究

7、發(fā)現(xiàn)，磁場梯度對懸浮力的影響大于磁場強度對懸浮力的影響，磁場強度較低時，隨著超導塊材運動次數(shù)的增加，運動次數(shù)對懸浮力的影響可以忽略;在超導磁體強度變化磁場中的研究發(fā)現(xiàn)，隨著外磁場強度的變化，超導塊材表現(xiàn)出一系列新穎的懸浮行為。在不完全穿透的情況下，外磁場的升降導致超導塊材出現(xiàn)完全不同的懸浮行為;而在完全穿透的情況下，超導塊懸浮力的變化趨勢表現(xiàn)出隨升場和降場呈沿著Y軸的反向?qū)ΨQ性。通過對不同強度超導磁體磁場中高溫超導塊材懸浮力弛豫特性的研