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GdBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>超导体具有较高的临界温度、较大的无阻载流能力和较强的捕获磁通能力,因而在超导磁悬浮列车、磁浮轴承、永磁体、储能飞轮和超导电机等方面具有巨大的应用价值。与YBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>超导体相比,GdBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>超导体具有峰值效应,其临界电流密度在强磁场下仍具有较高的值,因此可以广泛的应用于强磁场环境中。
本文主要研究了温度对顶部籽晶熔融织构生长法(TSMTG)制备GdBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>超导体的影响,为制备高性能的单畴超导块材提供参考。研究了不同烧制温度对超导体先驱粉末的影响以及不同的工艺参数对超导晶体生长的作用。通过选择适当的温度参数,改善单畴GdBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>超导块的制备工艺。
本文采用固态烧结法制备GdBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>(Gdl23)粉末和Gd<,2>BaCuO<,5>(Gd211)粉末。以上两种粉末均由相应比例的Gd<,2>O<,3>、BaCO<,3>、CuO烧结而成。
在烧制Gd123先驱粉末时,首先需要确保粉体的纯度,其次是粉体的粒度,最后是碳含量。不同的烧制温度会直接影响上述三个参量的大小。经过研究我们发现随着烧制温度的升高,纯度提高,粒度增大,碳含量下降。因此在确保粉体纯度和碳含量满足实验要求的前提下,应选择较低的烧制温度。实验证明,Gd123粉末的最佳烧制温度是900℃,烧制时间为24h,而且粉体需进行多次烧制以减少碳含量。
Gd211粒子的添加对于改善超导块的显微结构,减少样品裂纹,提高临界电流密度Jc有着极其重要的作用,因此Gd211粒子的制备非常重要。由于Gd211粒子的尺寸及其粒度的均匀程度对提高样品的性能有着重要的影响,因此需要确定在什么温度下制备Gd211粉末较为合理。用固态烧结法制备的Gd211粒子组分较多,但这些组分并不妨碍GdBCO超导块材的制备。考虑到Gd211粒子的粒度同样随着温度的升高而增大,而900℃以下烧制的Gd211粒子并未完全反应,因此Gd211粒子的理想烧制温度为900℃,并且同样需要多次烧制以降低粉末中的碳含量。
在研究工艺参数对TSMTG法制备GdBa<,2>Cu<,3>O<,7-δ>超导块的作用时,着重讨论温度参数的作用和影响。在TSMTG法制备超导块的工艺过程中,各温度参数对样品最终生长结果的作用不是独立的,各参数之间存在着相互制约的关系。某一参数变化所产生的效果可以被其他参数的改变抵消。在温度升至包晶反应温度前,样品需在900℃保温6h,用以进一步降低样品中的碳含量;烧结过程中的最高温度及在此温度段的保温时间为1065℃/0.5h或1060℃/1h,既可保证样品完全分解,同时还减少了液相的损失;在慢降温过程中,起始温度为1035℃左右,结束温度为1020℃左右,在此温区内慢冷生长超导块可以有效的防止多晶的出现,同时还减少了液相的损失。对于样品的渗氧处理,350~400℃通氧200h即可。关于掺杂对超导块烧结工艺的影响,研究表明,Gd211的添加不会对温度参数产生影响。但一定量的Ag添加则会导致熔化温度与凝固温度不同程度的下降。