高溫超導(dǎo)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(dǎo)材料將在超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)軸承、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、磁浮列車、超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)永磁體、污水處理等方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。在高溫超導(dǎo)塊材的工程應(yīng)用中，超導(dǎo)材料的兩個(gè)主要性能超導(dǎo)磁懸浮力和捕獲磁通極大地影響著工程應(yīng)用情況，而其性能的提高又強(qiáng)烈地依賴于超導(dǎo)塊材的生長和微觀結(jié)構(gòu)的改善。 目前高溫超導(dǎo)YBCO和REBCO塊材的單疇制備技術(shù)以籽晶引導(dǎo)為主。本文采用籽晶法生長了單疇YBCO和GdBCO超導(dǎo)塊材，對(duì)籽晶引導(dǎo)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(jìn)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(shí)驗(yàn)上給以證實(shí)。從光滑界面出發(fā)對(duì)單籽晶引導(dǎo)的YBCO單疇生長模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(dǎo)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?yàn)閅，Ba原子缺乏所造成的成分偏析迫使123晶體停止生長。計(jì)算了YBCO123晶體生長的最大速率為Rmax=10.43mm/hr，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值為Rab=0.8mm/hr，實(shí)驗(yàn)值低于理論值一個(gè)數(shù)量級(jí)。 在第三章我們對(duì)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(dá)到2μ

4、m，都分布有細(xì)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(shí)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(xì)，微觀裂紋的分布將越細(xì)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(dǎo)電流的缺陷，也

5、是裂紋形成的一個(gè)裂紋源。 在第四章對(duì)磁懸浮力和捕獲磁通進(jìn)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(duì)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(dá)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(jìn)一步分