高溫超導單疇塊材YBCO和REBaCuO的生長、微觀結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、高溫超導材料將在超導限流器、超導軸承、飛輪儲能系統(tǒng)、磁浮列車、超導電機、超導永磁體、污水處理等方面展現(xiàn)出良好的應用前景。在高溫超導塊材的工程應用中，超導材料的兩個主要性能超導磁懸浮力和捕獲磁通極大地影響著工程應用情況，而其性能的提高又強烈地依賴于超導塊材的生長和微觀結(jié)構(gòu)的改善。 目前高溫超導YBCO和REBCO塊材的單疇制備技術(shù)以籽晶引導為主。本文采用籽晶法生長了單疇YBCO和GdBCO超導塊材，對籽晶引導的單疇塊材的生長方式、

2、微觀組織結(jié)構(gòu)和影響磁懸浮性能的相關(guān)因素進行了深入而系統(tǒng)的研究。 本文從理論上研究了YBCO晶體的界面形態(tài)，通過杰克遜因子α判定了(001)面(ab面)為光滑界面，并且從實驗上給以證實。從光滑界面出發(fā)對單籽晶引導的YBCO單疇生長模型進行了實驗性總結(jié)，得到了ab面沿c軸方向以二維形核和層狀方式生長，沿a和b方向以外延方式生長的結(jié)論。觀察到籽晶引導的YBCO單疇的ab界面前沿和c方向生長前沿都存在界面失穩(wěn)現(xiàn)象，在大過冷度下觀察到液相

3、中形成有胞狀晶和塊狀晶。分析了阻礙YBCO晶體生長的原因，發(fā)現(xiàn)生長前沿的液相中因為Y，Ba原子缺乏所造成的成分偏析迫使123晶體停止生長。計算了YBCO123晶體生長的最大速率為Rmax=10.43mm/hr，實驗測量值為Rab=0.8mm/hr，實驗值低于理論值一個數(shù)量級。 在第三章我們對比分析了YBCO和GdBCO塊材的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)它們具有組織結(jié)構(gòu)上的共性，都具有層狀晶體的各向異性結(jié)構(gòu)，其123片晶層的厚度最小可以達到2μ

4、m，都分布有細小而彌散的211粒子，分布有高密度孿晶，孿晶間距約在200nm。在樣品中同時存在裂紋和孔洞，其中微觀裂紋屬于本征裂紋，平行于a-b面，寬度在0.5-2μm，裂紋之間的間距在2-10μm。微觀裂紋間的間距與211粒子的粒度成正比，211粒子越細，微觀裂紋的分布將越細密。宏觀裂紋屬于非本征裂紋，一種垂直于a-b面，一種與a-b面平行。宏觀裂紋的寬度約在1-3μm，長度在500μm-2cm之間。而孔洞是成為阻斷超導電流的缺陷，也

5、是裂紋形成的一個裂紋源。 在第四章對磁懸浮力和捕獲磁通進行了較深入的研究。理論分析得出了磁懸浮力公式和最大磁懸浮力值。研究了不同滲氧溫度對YBCO塊材的磁懸浮性能的影響。單疇YBCO塊材在550℃以下滲氧可使氧參數(shù)增大到6.7以上，使Tc達到90K，Jc值上升；在組織上減少了宏觀裂紋，使磁懸浮力性能得到很大提高。研究了GdBCO的順磁性，在100-300K之間，Gd1.8Ba2.4Cu3.4O7-δ遵從朗之萬順磁性理淪。進一步分