冷却工艺对浸涂制备Bi-2223／Ag超导带临界电流密度的影响

在Bi-Ph-Sr-Ca-Cu-O系统里，单一Bi-2223仅在空气中有银存在的830℃～845℃范围内是稳定的。对Bi-2223生长来说，Bi-2212是最理想的籽晶，因为有相同的组分和相似的结构。插入Ca-Cu-O，使Bi-2212转变成Bi-2223；Bi-2223变厚进入Bi-2212晶粒，使Bi-2212消融。Ca-Cu-O的     

冷却工艺对浸制备Bi-2223/Ag超导带临界电流密度的影响

在Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O系统里,单一Bi-2223仅在空气中有银存在的830℃～845℃范围内是稳定的.对Bi-2223生长来说,Bi-2212是最理想的籽晶,因为有相同的组分和相似的结构.插入Ca-Cu-O,使Bi-2212转变成Bi-2223;Bi-2223变厚进入Bi-2212晶粒,使Bi-2212消融.Ca-Cu-O的插入是极慢的反应,控制着过程速率.     

（Bi，Pb）-2223相分解-再形成过程中超导相的演变

研究了低氧分压气氛中，不同熔化处理温度下单芯银包套带材（Bi，Pb）-2223（以下称Bi-2223）芯部熔化分解及随后的缓慢冷却阶段，淬火试样中Bi-2223，Bi-2201和Bi-2212相之间的演变关系。结果显示，在Tp=855℃-865℃范围内，随着熔化处理温度（Tp）的升高，淬火带材中Bi-2223相相对含量逐渐减少，而Bi-2201相含量则明显增加。Tp=855℃-860℃时，Bi-2223相发生部分分解，其淬火后的主要产物为Bi-2201，（Sr,Ca）2CuO3（2：1AEC）和（Sr,Ca）14Cu24O41（14：24AEC）。经过随后的缓慢冷却，部分分解的Bi-2223相可以直接从液相中再形成。在所有熔化试样及部分熔化后慢冷所得的试样中均未发现Bi-2212相。当Tp=865℃时，Bi-2223相则全部分解，在同样冷却条件下，其回复过程经历了两个不同的途径，一是少量Bi-2223相直接从液相中生成，二是先从液相中析出Bi-2212相，在随后继续冷却过程中再转变为Bi-2223相。由于Bi-2212转变为Bi-2223所固有的迟缓特性，以致在本实验的冷却条件下，完全分解的Bi-2223相只能部分得到回复。     

中间变形对Bi-2223/Ag超导带材织构的影响

借助于扫描电镜和X射线衍射分析摇摆曲线，研究了Bi-2223／Ag单芯超导带材制备过程中中间变形对Bi-2223超导相织构的影响。结果表明，织构度与中间变形量的关系曲线呈现峰值变化规律。采用轧制进行中间变形，Bi-2223／Ag单芯带材的变形量εopt为14．3％时Bi-2223相织构最佳；采用压制进行中间变形，变形量εopt为10．7％时Bi-2223相织构最佳。中间变形后的带材经过最终热处理，其Bi-2223相的织构得到进一步改善。四引线法临界电流密度测量结果表明，其与带材的织构度成正对应关系。     

热处理气氛对(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Oy超导带材晶粒尺寸及相组成的影响

采用粉末装管法(PIT)制备(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Oy(Bi-2223)超导带材,通过X射线衍射仪、扫描电镜研究热处理气氛对Bi-2223晶粒尺寸、结晶度及相组成的影响.研究结果表明:采用空气热处理有利于Bi-2223晶粒的长大;采用7.5%O2-Ar气氛热处理带材中存在较少的非超导相,且Bi-2223的结晶度较高;通过一种复合气氛热处理(热处理过程中使用两种气氛),带材Bi-2223晶粒尺寸较大且非超导相较少.工艺优化后最终带材的临界电流密度超过20000A/cm2(自场,77K).     

升温速率对Bi-2223带材载流性能的影响

研究了第一次热处理中的升温速率对Bi2223带材特性的影响,分别采用100、300和500℃/h的升温速率将带材加热到838℃,于空气气氛中保温50h,后经中间轧制,第二次热处理得到成品带材。试验发现升温速率影响带材热处理的鼓泡特性,同时对Bi-2223相的转化率、残余第二相的含量及Bi-2223的晶粒取向也有一定的影响。采用适当的升温速率(300℃/h)可以限制带材的鼓泡,改善带材的微观组织并提高临界电流(Ic),77K自场下的Ic可达101A,磁场下的载流性能也有一定改善。     

Bi-2223超导线材的发展

高温超导材料发现以来，人们的焦点集中于电力应用的高温超导线材。这种线材不仅需要有高传输电流特性，而且还必须性能均匀有足够长度。显然，目前采用的粉末套管(PIT)技术，在几年之后有可能制备出具有一定品质的长Bi-2223线材。PIT技术包括一系列的塑性变形工艺，如旋锻、拉拔、平辊轧制和压制。PIT技术重要的一点是使片状的Bi-2223化合物粉末在变形过程中产生取向(织构)性，片状晶粒在加工中得到排列。Bi-2223相在热处理和机加工过程中形成。通过2次热-机加工循环，在短线上可使临界电流密度达到40kA/cm2(77K，自场)。但对于长带…     

热处理初期的BSCCO带材中非晶相TEM研究

通过透射电镜(TEM)观察经不同时间热处理的BSCCO带材淬火样品,研究了影响液相形成的两个微观过程:一个微观过程是在热处理初期,含铅相Ca2PbO4与Bi-2212相作用溶解进入液相,这一过程符合液相生成的机制;另一个微观过程是包套材料Ag有助于液相形成,少量Ag经液相扩散进入陶瓷芯内部,并沉淀析出。在陶瓷芯内部少量析出的Ag周围的Bi-2223相晶粒内含有较多面缺陷,这样的缺陷在若干纳米量级,有利于Bi-2223的磁通钉扎作用,被认为对提高带材的Jc有帮助。本文的透射电镜观察结果支持Ca2PbO4和Ag对于在合成Bi-2223的反应中生成液相形成有利的观点。     

粒子尺寸和自场对Bi—2223／Ag带性能的影响

包银Bi基2223带的超导性能主要取决于复杂的制备工艺，包括先驱粉合成、机械变形和热处理。其中先驱粉的质量极其重要，而先驱粉的质量是由相组成和粒子尺寸分布控制的。为此，科学家们研究了先驱粉的粒子尺寸对带材超导性能的影响。差示热分析(DTA)结果揭示先驱粉的反应温度主要取决于粒子尺寸，对最细的粉末反应温度最低。一般的观点，颗粒愈细活性愈大。随粒子尺寸减小，由于大的表面积和接触面积，缩短了在小的2212和非超导相中的扩散距离，烧结温度也可随之降低，但粒子太细会导致进一步热处理时不可补救的早期熔化和生成不希望的相…     

喷雾热解与共沉淀法制备高性能线材用Bi-2212粉末的中间相演变对比研究

采用喷雾热解和共沉淀工艺分别制备了Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ (Bi-2212)前驱粉末,研究了Bi-2212前驱粉的中间相演化过程。与共沉淀工艺相比较,喷雾热解工艺提高了前驱粉末中Bi-2212晶粒的相转变效率;而且喷雾热解后粉末中残留的硝酸盐对Bi-2212晶粒的生长影响较小,共沉淀后粉末中残留碳酸盐会阻碍Bi-2212晶粒的形成。采用喷雾热解法制备的Bi-2212线材的性能与采用传统共沉淀工艺法制备的线材性能相近,但喷雾热解工艺的制备效率更高。因此,采用喷雾热解制备前驱粉末有助于实现Bi-2212线材的大规模生产。     

Bi-2223/Ag超导带材前驱粉与热处理的匹配问题

研究了Bi-2223／Ag高温超导带材的前驱粉与后续热处理工艺之间的匹配问题。实验采用A，B，C3种不同的前驱粉。A粉是成分配比为2223的喷雾热分解单粉，B粉和C粉都是2212加CaCuO，组分的2223双粉。B粉和C粉的区别在于，2212加CaCuO，混合后的除碳处理工艺不同。B粉为800℃，3h，C粉为830℃，10h。利用激光粒度分析仪（RSA）和扫描电镜（SEM）对这3种前驱粉的粒度进行了表征，并用X射线衍射仪（XRD）对用这3种粉分别制成的带材经第1次热处理（HT1）后的2223成相率和相结构进行分析，从而找出它们各自对应的最佳HT1工艺。采用四引线法在77K，0T下测试经中间轧制和第2次热处理（HT2）后的临界电流（五），以确定其对应之最佳HT2工艺。RSA和SEM分析表明：A粉颗粒度明显细小，平均中径粒度为1．5μm，且粒径分布区域集中，B粉约3μm，粒径分布较分散，而C粉为4-5μm。研究结果证明：前驱粉的特性直接影响着超导带材的最终超导性能。一种特定的前驱粉，对应着一种特定的最佳HT1和HT2工艺。只有在二者匹配良好前提下，才能使前驱粉的性能得以发掘。     

高压烧结对Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流与力学性能的影响

研究了高压烧结对Bi-2223/Ag高温超导带材临界电流以及力学性能的影响。结果表明:高压烧结使带材的临界电流提升了30%,抗拉强度提升到104MPa,带材临界弯曲应变从0.54%提升到0.91%。采用XRD常规扫描、Omega扫描以及SEM等手段分析了带材电学性能和力学性能提升的原因。实验结果发现:高压烧结有利于Bi-2223相的形成,从而使Bi-2223的相含量增加,残余的Bi-2212相的含量减少;常压烧结和高压烧结后的带材中Bi-2223相晶粒的半高宽分别为6.5°和5.6°说明高压烧结的带材中的Bi-2223晶粒排列更加整齐;此外,通过观察带材的纵截面发现高压烧结使带材内部更加致密。正是三方面的共同作用大幅度提升了带材的临界电流以及力学性能。     

“双粉法”制备Bi—2223／Ag带材中CaCuO2最佳含量的确定

采有“双粉法”制备Bi-2223/Ag带材,通过对2212和CaCuO2的不同配比研究,确定了双粉法中CaCuO2的最佳含量,实验结果表明：当前驱粉中CaCuO2相过量5%时,带材的临界电流密度比CaCuO2无过量时高10%左右。这主要是因为在反应过程中,过量的CaCuO2会提供较丰富的液相,促使2212→2223转变过程进行得更彻底。且转变速度提高;但过量值较大（10%～15%)时,过多的液相会导致杂相的偏聚,大尺寸的杂相粒子使其周围的2223相织克构度,晶粒连接性较差,带材的临界电流密度下降。     

大电流Bi系超导电缆的研制

Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)高温超导体(HTS)很有可能成为一种实际应用的材料。特别是Bi2Sr2CaCu2Oy(Bi-2212)超导线材,除了其Tc比Bi2Sr2Ca2Cu3Oy(Bi-2223)以外,很有希望在诸如变压器、超导磁储能(SMES)和粒子加速器等大型功率的应用项目中使用,因为这种材料在低于30K以下的温度有高的钉扎势,并且线材加工容易。在Bi-2212导体的制造过程中,通常采用部分熔融和固化工艺。由于单根Bi-2212线材无论是电流载运能力,还是机械强度,均不能满足大型应用的要求,因此,在Bi-2212线材的大型应用中,线材必须绞缆。线材绞缆后,不仅可以…     

部分熔化处理工艺对（Bi，Pb）-2223／Ag带材相组成和微结构的影响

通过部分熔化处理工艺和普通两段热处理工艺的对比研究，分析了部分熔化处理工艺在不同热处理阶段对(Bi，Pb)-2223/Ag带材相组成和微结构的影响。实验结果显示，在熔化温度下，部分(Bi，Pb)-2212相发生分解，分解为(Sr,Ca)2CuO3相、(Sr，Ca)Cu2O3相和富(Bi，Pb)液相，与此同时(Sr,Ca)2CuO3相和(Sr，Ca)Cu2O3相快速长大。随着冷却和成相处理，(Sr,Ca)2CuO3相和(Sr,Ca)Cu2O3相长大到一定尺寸，各相系统达到平衡后，就不再长大，并和部分液相反应，重新生成具有良好取向的(Bi，Pb)-2212相。在成相处理阶段，(Bi，Pb)-2212相转化为(Bi，Pb)-2223相，同时生成的(Bi，Pb)-2223相继承了(Bi，Pb)-2212相的良好取向，使(Bi，Pb)-2223相织构得以改善，致密度得到提高，结果最终带材的性能得到提高。通过部分熔化处理工艺处理的带材Ic达到51A，而普通两段热处理工艺处理的带材Ic为36A，Ic提高了约40％。     

退火处理Bi-2223/Ag超导带材

将经常规热处理制备而成的Bi-2223/Ag超导带材在某一温度区间再进行后退火处理,以改善带材中的Bi-2223晶粒之间的连接状况,提高带材的超导性能.然后用四引线法测量样品的临界电流及其在磁场中的角度依赖性,用XRD和SEM分析样品的微观结构.实验结果表明,后退火处理提高了Bi-2223/Ag超导带材的临界电流,改善了带材在磁场中的性能.     

CaCuO_2颗粒尺寸对双粉法制备Bi系高温超导带材性能的影响（英文）

通过基于共沉淀工艺的双粉法制备了Bi_(1.76)Pb_(0.34)Sr_(1.93)Ca_(2.0)Cu_(3.06)O_(8+δ)(Bi-2223)前驱体粉末。在这一过程中,首先单独制备了Bi_(1.76)Pb_(0.34)Sr_(1.93)CaCu_(2.06)O_(8+δ)(Bi-2212)和CaCuO_2 (实际相组成为Ca_2CuO_3和CuO)粉末,并分别进行了烧结。通过调节共沉淀工艺过程中的pH值,获得了颗粒尺寸不同的CaCuO_2粉末,然后将Bi-2212与CaCuO_2粉末按照相组成1:1进行混合,并装入Ag包套中,通过一系列的旋锻、拉拔和轧制工艺,获得设计尺寸的Bi-2223带材。比表面积测试表明随着pH值从3.0增加到5.0和6.5,获得CaCuO_2粉末的平均颗粒尺寸从1.10mm减小到0.75和0.60mm。通过扫描电镜对不同尺寸CaCuO_2颗粒制备的Bi-2223生带、第1次热处理和后处理之后带材的相组成和分布进行了表征。结果表明,适当尺寸的CaCuO_2颗粒可以避免团聚现象的出现,因此有利于高载流性能带材的获得。最终通过进一步调节带材的尺寸,1#带材的性能最高,电流密度达到了约12 200 A·cm~(-2)。     

合金凝固过程中晶粒磁取向的动力学研究

提出了合金凝固过程中晶粒磁取向的动力学模型，获得了晶粒取向时间的分析解，确定了取向时间与介质粘度、晶粒长径比、晶粒各向异性磁化率差以及磁场强度的理论关系，应用这个关系对顺磁性超导材料Bi-2212和磁性材料Bi-3％Mn的取向时间进行了预测，将Bi-3％Mn合金在300℃下熔化，并在不同的磁场下淬火，获得了有取向的MnBi织构，晶粒的取向时间小于1s，与理论预测一致。     

前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响研究（英文）

主要研究了前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响。通过调整溶液浓度和机械球磨,采用喷雾热分解方法制备了3种不同粒度的前驱粉(8,2,1μm)。3种粒度的前驱粉经热处理后的相组分均为Bi-2212,(Sr,Ca)_xCu_yO_δ(AEC)和CuO。研究发现,AEC相的尺寸和含量均随着前驱粉粒度的减小而增加。在平均粒度为2μm的前驱粉中,CuO相的含量和大小均为最小。采用这3种不同粒度的前驱粉制备的37芯带材,前驱粉平均粒度为2μm的带材具有最高的临界电流,同时相对于另外两根带材,该带材中有最高的Pb-3221相和最少的AEC含量。研究结果表明,前驱粉粒度的大小主要影响了前驱粉中AEC和CuO两种相的大小和含量,进而导致了所制备带材的临界电流及芯丝中非超导相的变化。     

LBNL绕制2.5m～3.5m卢瑟福型BSCCO-2212电缆

牛津仪器公司（OxfordInstruments）和国际通用磁公司（IGC）最近报道了美国能源部（DOE）资助的卢瑟相型BSCC－2212电缆的研究结果．该研究计划由美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）协调，采用粉末装管（PIT）的BSCCO－2212多芯线制备卢瑟福型电缆．与被替代的通常采用的BSCCO－2223多芯线相比，BSCCO－2212多芯线的成本低．当与银一同进行熔融处理时，BSCCO－2212呈现完美的晶粒排列，所需的热处理时间比BSCCO－2223短．BSCCO－2212也适宜于制备各种宽的电缆导体，包括工业中已建立制造技术和精加工技术的卢瑟相型电…