ybacuo超导带材制备的基础研究

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1、东}0大学博士学位论文摘要YBaCuO超导带材制备的基础研究摘要基于BiSrCaCuO超导体的第一代HTS带材(1G)使用氧化物粉末管装法OPIT已经能够制备出上千米的带材。但由于1G带材300美元每千安培米的高昂价格，使科学家们将研究目标转向YBaCuO涂层超导带材—第二代HTS带材(2G).第二代高温超导带材2G-YBaCuO具有较好的高温磁场性能，潜在的低制备成本和较少的交流损耗比1G-Bi系带材具有明显的优势。YBaCuO带材主要通过在柔性金属基底上沉积超导层获得，多层缓冲层加工的复杂工艺以及Y

2、BaCuO厚膜沉积的真空条件，使YBaCuO带材的实际价格远远高于预测价格。傀与Y123在高温下无化学扩散，采用Ag合金做基带材料，可以实现直接涂覆超导膜，摒弃了以Ni作基底时复杂的缓冲层制备过程，在一定程度上节省了时间和成本。电泳沉积法具有设备简单、操作容易等优点，能够实现快速连续地沉积，因此在Ag基带上电泳沉积YBaCuO厚膜可以很大程度地降低YBaCuO带材的制备成本。YBaCuO长带制备的障碍之一就是晶粒间的弱连接，熔化工艺是唯一被证明可以基本上消除弱连接行为的工艺，但由于涉及高温处理，Ag基底

3、会熔化变形。因此降低YBaCuO的熔化温度到银熔点以下，或者将Ag基底的熔点提高到YBaCuO的熔化温度以上，是解决YBaCuO带材热处理温度问题两条可行的途径。掺杂一直是人们探索高温超导电性机制和寻找新的超导体系的有效方法之一，本文通过掺杂的方法降低了YBaCuO的熔点。实验证明，Ag和PbO的掺杂都可以降低YBaCuO的温度，15wt%Ag将YBaCuO的熔化温度降至970℃，IOwt%PbO掺杂可以将YBaCuO熔化温度降低到9800C，但在高温下会与Y123反应生成BaPb仇，导致超导相的减少，

4、削弱了样品的超导电性。产物BaPbO3具有良好的导电性，作为独立物质掺杂时并不与Y123发生物理化学反应，对Y123超导电性几乎无影响，但不能降低YBaCuO的熔点。空气下5wt%Na2C03掺杂会将YBaCuO的熔化温度降至9650C，而IOwt%Na2C03使之降至960'C.XRD分析表明Na取代了Y位，而不是Cu(2)位，因此Na2CO，对东北大学博士学位论文摘要Y123超导电性较少影响。即使是少量的Li2CO掺杂也会对Y123的超导电性产生较大的影响，因为Li会替代Cu02平面上Cu(2)的位

5、置，影响载流子浓度。本文还将电泳沉积与银掺杂结合起来，通过电泳共沉积获得掺银的YBa2Cu307-。超导厚膜。关于多相粒子复合沉积机理，目前只有部分可供参考的经验公式和模型，但还没有统一合理的解释，本文研究了Ag-YBa2Cu307-a共沉积中Ag粒子的行为，发现Ag粒子也同样可以吸附质子，与YBa2Cu307一;共同沉积在阴极基片上，并且共沉积膜中的Ag随着原料中Ag含量增加而增加。YBa2Cu307-;与Ag两种粒子吸附质子所带电量之间的关系为QYBCO=-0.1638QAg+0.1519F。电极间

6、的场强和微粒带有电荷是Ag-YBa2Cu307-。在丙酮溶液中共沉积的关键因素。根据Ag合金相图，要通过固溶法制备高熔点的Ag合金，只有少数如金、铂、把等贵金属适合，但不具备经济性。因此本文改变思路，不用金属元素而是选择了高熔点的A1203作为添加剂，通过粉末冶金的方法制备了A1203-Ag基复合材料。结果证明3wt%A1203粒子掺杂在Ag基体中可以提高Ag的熔化温度至9900C。在A1203含量为2wt%时，A1203-Ag样品的线膨胀系数可以接近于YBaCuO的线膨胀系数，而这两项与温度有关的热性

7、质达到了YBaCuO带材对基底的要求。A1203-Ag复合材料的硬度因为硬质第二相A1203和大量微孔的存在呈现不规律变化，其抗拉强度与硬度没有线性关系，这可能是硬度测量的局限性造成的。A1203-Ag样品的延伸率随A1203含量增加而减小。在被加热至包晶反应温度1010℃以上时，Y123相会分解成富Cu的液相和Y2BaCuO5(211相)，并有氧气放出:2YBa2Cu307-a-Y2BaCu05(S)+3BaCu02(t)+2CuO(1)+(1-(5)02(g)根据Clausius-Clapeyron

8、方程，降低氧分压会降低123相的包晶反应温度，该结论己经通过Nd系超导体得到证实。本文探索了低氧分压下YBaCuO的熔融织构工艺，发现在流动Ar气下，纯Y123的熔化温度可以降至9400C,而lOwt%Ag+Y123的熔化温度降至930'C.Ar气下熔融织构的YBaCuO样品临界电流密度较低，加籽晶和延长吸氧时间可以提高样品的临界电流密度。样品断面在扫描电镜下可以观察到织构，低氧分压会抑制包晶反应的进行，流动Ar气会减小热处理炉内的温度梯度