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第二相粒子掺杂对TS-MTG单畴YBCO超导块材性能的影响

作　者: 朱维君
导　师: 钞曦旭
学　校: 陕西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: YBCO超导块材 熔融织构 纳米掺杂 显微结构 磁悬浮力
分类号: TM26
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 64次
引　用: 4次
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内容摘要


自1911年发现YBCO高温超导材料到现在,高温超导材料不仅临界温度Tc提高到160K,而且采用熔化工艺制备的Y系超导块材的临界电流密度Jc值提高到105A/cm2(77K,1T)。单畴YBCO超导块材以其具有较高的临界温度、临界电流密度、较大的磁悬浮力和稳定的物理性能而得到广泛的应用。本文主要研究了纳米Y2Ba4CuNbOx掺杂对单畴YBCO超导块材性能的影响和Nb2O5掺杂对单畴YBCO超导块材性能的影响。通过顶部籽晶熔融织构工艺(TS-MTG)制备出不同Y2Ba4CuNbOx含量的纳米掺杂的单畴YBCO超导块材,同时对该类超导材料的宏观形貌、微观结构和磁悬浮力等性能进行了系统的分析,发现该系列样品的最佳掺杂是3.5wt%；其次制备了不同Nb205含量掺杂的YBCO超导块材,并对其系列样品的宏观形貌、微观结构和磁悬浮力等性能进行了分析,发现该系列样品的最佳掺杂是2.0wt%。在制备掺杂纳米Y2Ba4CuNbOx的单畴YBCO超导块材之前,首先要制备Y2Ba4CuNbOx、YBa2Cu3Ox、Y2BaCuO5和Yb1.8Ba2.4Cu3.4Oy四种初始粉体,其制备方法均为固态反应法,采用四次球磨,三次烧结的步骤。四种初始粉体的烧结温度分别为1040℃,920℃,920℃和910℃,每次烧结时的保温时间均为24h。掺杂纳米Y2Ba4CuNbOx对单畴YBCO超导块材性能的影响主要研究方面有：Y2Ba4CuNbOx初始粉体的晶体结构和晶格参数；以及不同含量Y2Ba4CuNbOx掺杂对单畴YBCO超导块材宏观形貌、显微结构、磁悬浮力的影响。通过XRD分析表明,Y2Ba4CuNbOx粉体的晶体结构是双钙钛矿结构,属于立方晶系,其晶格常数为8.437A；在掺杂不同Y2Ba4CuNbOx的单畴YBCO超导块材中,通过SEM图分析发现,Y2Ba4CuNbOx颗粒的尺寸大小普遍比Y2BaCuO5颗粒要小,且属于纳米材料。当掺杂量x=2.0wt%时,Y2Ba4CuNbOx粒子数最多,粒度也小；通过对此系列单畴YBCO超导样品的磁悬浮力的观察与测量发现,随着Y2Ba4CuNbOx掺杂量的增加,样品的磁悬浮力在增大,当掺杂量等于3.5wt%时,样品的磁悬浮力最大。进一步说明Y2Ba4CuNbOx的最佳掺杂是3.5wt%。掺杂Nb2O5的单畴YBCO超导块材的影响主要研究方面有：不同含量Nb2O5掺杂对单畴YBCO超导块材的宏观形貌、显微结构和磁悬浮力的影响。通过SEM图分析发现,细小而且均匀的Y2BaCuO5分布在Y123基体上,其平均尺寸是0.81μm。当掺杂量x=2.0wt%时,Y2BaCuO5粒子数最多,粒度也较小;通过对此系列单畴YBCO超导样品磁悬浮力的观察与测量发现,随着Nb2O5掺杂量的增加,样品的磁悬浮力在增大,当掺杂量等于2.0wt%时,样品的磁悬浮力最大。进一步说明Nb2O5的最佳掺杂是2.0wt%。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-22
  1.1 超导体的基本特性  8-9
  1.2 超导材料发展历史  9-10
  1.3 高温超导体的分类  10-14
    1.3.1 铜基氧化物高温超导体  10-11
    1.3.2 铁基氧化物超导体  11-12
    1.3.3 两类超导体相似之处  12-14
  1.4 YBCO高温超导体晶体结构  14-15
  1.5 磁通钉扎现象  15-16
  1.6 YBCO超导块材的第二相粒子掺杂  16-18
    1.6.1 Y_2BaCuO_5掺杂  17
    1.6.2 CeO_2掺杂  17-18
    1.6.3 Y_2Ba_4CuMO_x掺杂  18
  1.7 超导材料的应用  18-19
  1.8 YBCO高温超导体研究进展  19-20
  1.9 本研究目标及内容  20-22
第2章 YBCO超导粉体的制备  22-30
  2.1 引言  22-23
  2.2 制备工艺流程  23-24
  2.3 初始粉体的制备  24-28
    2.3.1 Y_2Ba_4CuNbO_x(Nb2411)相初始粉体  24-25
    2.3.2 Y_2BaCuO_5(Y211)相初始粉体的制备  25-26
    2.3.3 YBa_2Cu_3O_(7-δ)(Y123)相初始粉体的制备  26-27
    2.3.4 Y_(1.8)Ba_(2.4)Cu_(3.4)O_x(Yb1.8)相初始粉体的制备  27-28
  2.4 籽晶的选择  28
  2.5 小结  28-30
第3章 掺杂纳米Y_2Ba_4CuNbO_x的YBCO超导块材的制备  30-42
  3.1 引言  30-31
  3.2 YBCO超导晶体生长动力学原理  31-32
  3.3 掺杂纳米Y_2Ba_4CuNbO_x的YBCO块材的制备  32-34
    3.3.1 烧结柸体制备  32-33
    3.3.2 实验的生长工艺  33-34
    3.3.3 样品的渗氧处理  34
  3.4 结果与分析  34-40
    3.4.1 Y_2Ba_4CuNbO_x纳米掺杂YBCO块材的宏观形貌  34-36
    3.4.2 掺杂纳米Y_2Ba_4CuNbO_x对磁悬浮力的影响  36-39
    3.4.3 样品微观结构  39-40
  3.5 小结  40-42
第4章 掺杂不同含量Nb_2O_5的YBCO超导块材的制备及研究  42-48
  4.1 引言  42
  4.2 掺杂Nb_2O_5的YBCO超导块材的制备  42-43
  4.3 结果与分析  43-47
    4.3.1 样品宏观形貌分析  43-44
    4.3.2 掺杂Nb_2O_5对YBCO超导块材磁悬浮力的影响  44-46
    4.3.3 掺杂Nb_2O_5对YBCO超导块材的微观结构  46-47
  4.4 小结  47-48
结论  48-50
参考文献  50-56
致谢  56-58
攻读学位期间的研究成果  58-59

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 超导体、超导体材料
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