钇钡铜氧/铋锶钙铜氧磁悬浮属性及相应制备工艺研究

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为了制备结构性能良好,且磁悬浮性能优越的铜氧高温超导材料,为其应用创造进一步研究条件,本文主要从材料的制备工艺和性能测量分析上进行深入研究。首先,为减小气氛场和温度场分布不均匀对样品烧结质量的影响,通过软件进行理论模拟,进而设计多孔板,改进了烧结炉的结构;其次,为了研究高温超导材料的磁悬浮性能,采用优化方案制备了YBa2Cu3O7-δ(YBCO)和铋(铅)锶钙铜氧(BPSCCO)两种高温超导样品,且通过多种表征手段,以对比判断材料样品各性能的优劣。最后,对制备出的高质量、高性能的两种材料进行磁悬浮性能的测量,分析影响其磁悬浮性能的因素,进而为材料在应用中如何选择和提高其磁悬浮力提供实验依据。本文研究获得了以下结论:  (1)在材料制备过程中,由于烧结炉腔内的气场和温度场分布直接影响着材料烧结质量,我们针对该影响因素进行了深入研究。我们先从理论研究入手,使用Solid Works软件进行模拟计算,进而设计制作多孔板,将两层多孔板放置于烧结炉进气孔处,实验效果表明,改进后的烧结炉由于气流和温度分布均匀,烧结超导样品的质量明显提高,而且同炉放置三层样品烧结质量等同。该项成果已经申请专利。  (2)在制备YBCO超导多晶块工艺的基础上,设计不同前驱溶液配制的方案,采用低氟-MOD优化工艺制备其薄膜样品。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、超导临界转变温度(R-T)及临界电流密度(Jc)等多种表征手段测量。结果表明,烧结温度控制在815℃时,不同混合方式的配制,均能得到场性能好,转变温度高的薄膜样品,但其致密度和相组成存在着一定的差异,分析对比进而为研究磁悬浮力提供更好样品的选择依据。  (3)采用固相反应法制备BPSCCO超导多晶块,由于铅掺杂量、烧结温度和烧结时间的控制等因素对样品质量影响明显。因此,在同等条件下,制备出是否含铅的样品,对比发现铅适量掺杂能够提高磁悬浮性能。进而比较在一定铅含量时,针对烧结温度和时间因素制备出一系列样品。烧结温度范围设计在820~880℃,烧结时间12h,结果表明在温度较低时,样品未实现超导转变,温度在870℃时,样品底部出现融化现象。而烧结温度控制在826~856℃制备的样品,经测量分析得到温度低于836℃时,该材料仍未实现超导转变,且2201和2212相及杂相含量较多。样品在最佳烧结温度856℃,延长烧结时间至40h下,2223相含量高,高Tc相易形成。  (4)分别对YBCO薄膜和BPSCCO超导块磁悬浮性能进行测量。关于YBCO样品,我们使用MATLAB软件模拟磁块的磁场分布,测量样品在磁场中的磁悬浮力,将数据拟合成曲线,进而直观反映该样品的磁悬浮力在磁场强度、磁场梯度和强度×梯度下变化的快慢;对于BPSCCO样品,测量在一定磁场下,液氮温区中所呈现的悬浮高度表明,其磁悬浮性能与样品烧结前后的体积收缩程度有关,体积收缩最佳时,磁悬浮高度最高。  综上,我们通过采用优化工艺制备,对样品测量分析对比,优化实验参数,进而提高超导样品的磁悬浮性能,增强推动力,实现高效利用该超导材料的磁悬浮性能,为其应用提供材料基础和制备技术支撑。
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