改进型镁扩散法制备高临界电流密度MgB2超导体性能研究

本文采用一种改进型镁扩散法成功制备出密度达到1.95g/cm₃的MgB₂超导块材。论文研究了不同的热处理条件对MgB₂块材的超导转变温度(T_c)和临界电流密度(J_c)性能的影响。采用最佳热处理条件制备的MgB₂超导体T_c和J_c分别达到了38.1K和0.53MA/cm₂(10K,自场)。为了改进镁扩散法MgB₂超导体中弱的高场磁通钉扎性能,本文还研究了nano-Pr₆O₁₁和C掺杂对MgB₂超导体的临界电流密度和不可逆场(H_irr)的影响。结果表明C掺杂的MgB₂超导体临界电流密度在10K,6T下达到了10₄A/cm₂,该结果比未掺杂MgB₂超导体在同样条件下性能提高了两个量级,甚至比固态反应法制备的nano-C掺杂MgB₂超导体性能更好。利用该方法制备的nano-Pr₆O₁₁掺杂的MgB₂超导体在10K,2T下也比未掺杂样品J_c提高达9.4倍。根据大量的实验结果和理论分析我们提出基于改进型镁扩散法和化学掺杂,包括纳米粒子和C掺杂,很有可能是一种制备高性能MgB₂超导体非常有效的途径。     

石墨烯掺杂和烧结温度对MgB_2块体微观结构和超导性能的影响（英文）

采用未掺杂石墨烯的粉末制备MgB_2块体作对比,研究了石墨烯掺杂对MgB_2块材微观结构和超导性能的影响,以及退火温度对石墨烯掺杂MgB_2块材微观结构和超导性能的影响。对烧结后的样品采用XRD,SEM,SQUID进行相组成,微观结构和超导性能等的分析检测。研究发现,石墨烯掺杂明显提高了MgB_2超导材料的临界电流密度,在20 K和1 T磁场下,最大的临界电流密度达到1.8×105A/cm~2。     

单芯MgB2超导带的制备和特性

自发现具有39 K转变温度的MgB_2超导体之后,人们很快便开始研究将它制作成能实用化的超导材料。到目前为止,在所有报道的数据中,用先位法(ex situ)工艺制作的铁壳和镍壳单芯MgB_2超导体具有最高的临界电流密度。在4.2 K,零场下,外推的短试样临界电流密度为10~6 A·cm~(-2)。开发MgB_2超导体的主要关键点在于,首     

石墨烯掺杂对MgB_2块材微观结构和超导性能的影响

通过直接掺杂石墨烯、石墨烯包覆硼掺杂、石墨烯丙酮溶液掺杂3种方法,系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB_2块材的晶体结构、临界电流密度(J_c)、磁通钉扎性能(F_p)。通过直接掺杂,MgB_2在低场下临界电流密度值得到了明显提高,而包覆法和溶液法掺杂石墨烯由于在空气中氧化严重并没有改善MgB_2超导性能。     

扩散法制备CNTs掺杂的MgB2超导块材

采用扩散法制备高Jc的MgB2超导块材,将制备样品的超导性能与传统固相反应法制备CTNs掺杂的MgB2超导块材的性能做详细对比。研究发现,所采用的新型扩散方法可以有效地提高MgB2块材的密度,减少原料Mg粉中氧的不利影响,该法制备的MgB2块材更为均匀,MgO杂相较少,从而可以在自场下得到较高的临界电流密度,但在高场下性能提高并不明显,而CNTs掺杂可以有效改善扩散法制备的样品在高场下性能较差的弱点。CNTs掺杂量为0.5%（质量分数）的样品,在10 K,4 T条件下,Jc仍有1.0×104 A/cm2,在零场下更达到了0.46 MA/cm2,比在相同条件下用固相反应法制备的样品要高2~3倍。     

B_(10)C掺杂MgB_2/NbZr/Cu线材的超导性能研究

通过原位法粉末装管工艺制备了B10C掺杂的MgB2/NbZr/Cu超导线材。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、PPMS测试仪等测试手段检测了样品的成相情况、微观结构以及超导电性。结果显示该掺杂对MgB2/NbZr/Cu超导线材的磁通钉扎性能及临界电流密度有一定的影响:750℃/2h的热处理制度能够使C元素成为有效磁通钉扎中心,线材的磁通钉扎性能和超导电性均有所提高。20K时,MgB2/NbZr/Cu超导线材的不可逆磁场Hirr达到5.2T;在20K、2T外磁场条件下,其临界电流密度达到2×104A/cm2。     

籽晶浸渗生长工艺制备银掺杂的YBCO块材

REBCO（RE为稀土）块材超导体比传统的铁基永磁体能产生更大的磁场。因为块材超导体产生的磁矩与流过样品的回路电流和电流流过的面积成正比,因此,近年来许多工作集中在提高样品的临界电流密度和增大样品的尺寸。目前（Gd—Y）BCO超导体在77K自场条件下临界电流密度（上）可以达到380kAcm^-2,     

不同包套石墨烯掺杂MgB_2超导线材的性能

分别采用Fe和Nb作为阻隔层包套材料,通过原位粉末装管法(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB_2/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB_2单芯线材。线材在高纯氩气保护下、670～800℃保温2 h热处理。XRD结果显示,670℃热处理的线材其主相均为MgB_2超导相,其中Fe包套线材中含有Fe_2B杂相。3种线材的微观结构显示,未掺杂线材基体中的孔洞相对较大,而石墨烯掺杂的Fe、Nb包套线材基体中的孔洞相对较小。线材样品的拉伸结果显示,热处理前由于加工硬化,3种线材的拉伸应变值远远低于热处理后的拉伸应变值,其中铁包套线材的硬化最为严重,但无论是否热处理,Fe包套样品的强度都是最大的。样品的四引线法传输性能测试显示,670℃热处理Nb包套掺杂线材的临界电流密度(J_c)在4.2 K,2 T、4 T、6 T范围内均高于Fe包套掺杂线材的J_c,石墨烯掺杂线材(Nb、Fe包套)在2 T具有更好的传输性能,Nb包套掺杂线材的J_c最高可达到4.59×10~5 A/cm~2。当外加磁场大于4 T后,2种包套的掺杂线材的J_c均低于未掺杂的线材,Fe包套样品的超导性能降低更大,显示其掺杂未全部进入晶格,导致其在高场下磁通钉扎作用下降。     

Effect of F Doping on Fabrication and Superconductivity of SmO1-xFδFeAs Compound

研究了F掺杂对铁基超导体SmO0.7F0.3FeAs的制备和性能的影响。利用二次固相反应在1120℃保温40h制备出超导临界转变温度(Tc)为56.5K的SmO0.7F0.3FeAs超导体样品,其临界电流密度Jc为2.4×105A/cm2(10K,0T)。研究发现,SmO1-xFxFeAs样品的Tc受F含量的强烈影响,晶格参数的变化也是诱导SmO1-xFxFeAs超导体的Tc变化的原因之一。在此基础上详细研究了F元素过掺杂对铁基超导体SmO1-xFδFeAs(δ>x)制备参数和性能的影响。F元素过量时,在不降低SmO1-xFδFeAs超导性能的情况下,F元素过掺杂可以一定程度地降低样品制备时的热处理温度和极大地缩短热处理时间。1100℃时保温20h制备的SmO0.7F0.35FeAs和SmO0.7F0.4FeAs样品的Tc分别为56和55K;其临界电流密度Jc分别为1.9×105和1.7×105A/cm2(10K,0T)。     

C和SiC掺杂对分步反应法制备MgB_2块体和线材微观结构的影响（英文）

通过两步反应法制备了C和SiC掺杂的MgB_2块材和线材。首先,按一定比例均匀混合Mg粉、B粉和C或SiC粉,压块后在900℃密闭氩气条件下烧结2 h,得到C或SiC掺杂的MgB 4块体;将一次烧结后的MgB_4块体磨碎过筛,和补充的Mg粉混合作为前驱粉末制备MgB_2,MgB_2块体在密闭氩气条件下750℃烧结2 h而MgB_2线材在密闭氩气条件下680℃烧结2 h。同时采用传统的固态烧结法制备了C或SiC掺杂的Mg B2块体以作对比。对烧结后的样品进行了微观结构和相组成等分析检测。分步反应法与以往的固态烧结法相比,不仅因降低了Mg元素的影响而提高样品组织致密性,更因其采用了分步混合粉末而大大地提高了元素掺杂的均匀性。和SiC掺杂相比,C掺杂能更有效地进入MgB_2晶粒和晶界。     

无定形碳掺杂对MgB2超导块材微结构及超导电性的影响

以无定形碳粉末作为掺杂物质，通过固相烧结的方法，在750℃，高纯氩气保护下，热处理2h制备了MgB2-xCx（x=0，0．05，0．10，0．20，0．30）超导块材。用X射线衍射（XRD）仪，扫描电子显微镜（SEM）和物性测试仪（PPMS）对样品的微观结构和超导电性进行了系统分析。结果显示，在750℃热处理条件下，有部分碳进入MgB2的晶格中，其余碳处于MgB2的晶界处。少量碳掺杂可以有效细化MgB2晶粒，并改善MgB2的超导电性。MgB19C0.1块材的临界电流密度（Jc）在20K，3T条件下达到8×10^4A／cm^2，表明无定形碳掺杂可有效提高MgB2的磁通钉扎。     

冷却速度对高能球磨法制备MgB_2块材的组织及性能影响

研究了不同的冷却速度下,采用高能球磨法制备的MgB2块材的组织结构及性能。研究表明,高能球磨法制备的MgB2块材的晶粒尺寸细小,晶粒呈近等轴状,晶粒连结性较好。冷却速度对MgB2超导体的临界电流密度和磁通钉扎有很大的影响,Jc-B特性曲线呈现鱼尾效应,表明晶界或非超导第二相(富B相)充当了磁通钉扎中心,提高了MgB2超导体在磁场下的临界电流密度。     

MgB2线带材工艺及性能研究进展

MgB_2线带材的加工经历了近15年的研究与发展,生产出的线带材可以在制冷机、较低磁场下使用,另外生产MgB_2线带材的原材料相对低廉,应用前景十分广泛。本文从MgB_2传统线带材加工和后续工艺方法的优化出发,概述了MgB_2线带材研究的进展,详细介绍了内部镁扩散法,即用中心镁棒代替传统镁粉,使用铜镍材料为包套,钽或铌为阻隔层并与镁之间填充硼粉,热处理后得到致密的MgB_2相。论述了未来MgB_2线带材加工的研究重点。     

热处理与元素掺杂对原位法MgB2／Fe／Cu超导线材临界电流密度的影响

采用低碳钢作为外包套材料，通过原位法粉末装管工艺（in-situPIT）制备出高密度Ti、zr掺杂的MgB2／Fe／Cu线材。将线材短样在氩气保护条件下，于650-800℃烧结2～5h。MgB2线材的微结构分析显示，通过该工艺制备的MgB2／Fe／Cu线材比MgB2块材具有更好的晶粒连结性和更高的致密度。采用标准的四引线法，在4．2K，0～8T的磁场下测试线材的I临界电流密度。测试结果显示，800℃烧结的Mg0.9Zr0.1B2／Fe／Cu线材获得了最高的临界电流密度。     

YBa_2Cu_3O_(7—δ)的Jc达到17000A/cm~2

美国贝尔实验室的S.金等指出,烧结YBa_2Cu_3O_7-δ超导体在77K温度和零磁场下的典型临界电流密度Jc约为500A/cm~2,而在1T时则只有1A/cm~2,远远低于Jc的理论上限(在77K时高于10~6A/cm~2),并且大大低于单晶的载流能力(大于10~4A/cm~2)。据认为,这与材料     

混合粉末对先位法MgB_2超导带材性能的影响

将掺杂纳米C或SiC的预烧结粉与镁粉和硼粉进行混合作为先位(ex-situ)粉末套管法(Powder-In-Tube)的填充粉末,制备出MgB2/Fe超导带材。结果表明,掺杂纳米C或SiC样品的临界转变温度均比未掺杂样品的低1.5K左右。纳米C或SiC样品的临界电流密度(Jc)均得到了极大的提高。且在4.2K,8T下,掺杂纳米C样品的Jc最高,约为104A/cm2,比未掺杂样品以及采用商业MgB2制备样品的Jc高约1个数量级。在预烧结过程中纳米C或SiC中的C对B位的有效替代所产生的晶格畸变以及晶粒连接性的提高可能是掺杂样品的Jc提高的主要原因。     

变形及退火处理后MgB2/Fe复合线的特性

MgB2 属于低TcBCS机制超导体 ,转变温度极易达到最佳值 39K ,且容易制备、不存在弱连接、具有高临界电流密度 ,而且几乎各项同性。所有这些性质 ,使它成为很有工程应用前途的超导体。制备MgB2 超导体线带最简单、最便宜的方法就是使用先位法 (exsitu)粉末装管技术 (PIT)。纯铁是最佳的外壳材料。将变形后的先位线带进行热处理 ,使MgB2 核心再结晶 ,电流密度提高到10 6A/cm2 (在 4 2K ,B =0T)。斯洛伐克电气工程学院最近研究了变形模式对MgB2 /Fe(Fe合金 )复合线传输电流密度、MgB2 与Fe(SS)壳之间的反应以及对这种复合线工程电流…     

YBCO体材料的制备与临界电流密度

本文报道了烧结YBCO块材、Ag基YBCO复合带和熔融织构生长YBCO体材的制备方法、临界电流密度及显微结构。对于烧结YBCO块材,由于存在晶间弱连接问题,J_c仅在10~2—10~3A/cm~2范围(77K、0T),且对外磁场(在0—0.004T范围内)和样品尺寸十分敏感。粉轧工艺制备的Ag基-YBCO复合带材,其显微结构和J_c-H关系与烧结块材类似,由于带材中YBCO层的横截面积较小,与烧结块材相比,带材的J_c有一定提高,最高J_c值达6600A/cm~2(77K,0T)。熔融生长的YBCO体材,具有强烈的c-轴织构。这种结构的样品,其J_c值在77K,0T下大于35000A/cm~2,而在2T磁场下大于18000A/cm~2,显示出熔融织构生长工艺明显改善了烧结YBCO体材中所存在的弱连接。     

钛在航空工业中的应用

报道了采用预成形YBCO/Ag线材熔融法制取YBa_2Cu_3O_(7-δ)多晶超导体的初步结果。熔融后的样品至少分解为三种以上的非超导相及少量超导相。经过适当的后序热处理之后,样品呈现超导性,最高Jc>667A/cm~2。对后序热处理温度、时间和冷却速率与样品的临界电流密度Jc的关系,分别做出了曲线。同时,对YBCO的熔凝过程做了分析。     

C掺杂对MgB2超导体水解行为的影响

采用固态反应法制备了纯MgB2和C掺杂MgB2超导体。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和物性测试仪（PPMS）研究了纯MgB2超导块材和C掺杂的MgB2超导块材的水解行为对微观结构和超导电性的影响。结果表明，纯MgB2和C掺杂的MgB2超导体与水之间存在明显的化学反应。C掺杂部分进入MgB2的晶格中，其余部分以第二相粒子形式存在于晶界处，使得首先发生于晶界的水解反应受到抑制，从而提高了MgB2超导体的水解稳定性，减缓了水解反应速度。