镁扩散制备Pr6O11掺杂的 MgB2块体临界电流密度和磁场性能研究

采用镁扩散方法制备了Pr₆O₁₁纳米颗粒添加的MgB₂超导块体,研究了Pr₆O₁₁掺杂对其临界电流密度(J_c),不可逆磁场(H_irr)和上临界磁场(H_c2)的影响。实验结果表明Pr₆O₁₁纳米颗粒掺杂明显提高了块体的J_c,H_irr和H_c2,但没有降低其超导转变温度T_c。在20 K自场条件下,质量比为1 wt.% Pr₆O₁₁掺杂的MgB₂块体的J_c较没掺杂样品提高了将近5倍, J_c=3.61×10₅A/cm₂。在10 K温度下,MgB₂块体H_c2 和H_irr较没掺杂样品分别提高了1.9 T and 2.6 T。同时讨论了Pr₆O₁₁纳米颗粒掺杂对MgB₂块体的电性能和磁通钉扎机制的影响。     

不同包套石墨烯掺杂MgB2线材的超导性能研究

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工艺(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB₂/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB₂单芯线材。在高纯氩气保护下、670~800 ℃保温2 h热处理线材。X-ray衍射显示,670 ℃热处理的线材主相均为MgB₂超导相,其中Fe包套线材的MgB₂相中含有Fe₂B杂相。三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包套线材晶粒之间的孔洞相对较小。线材样品的拉伸性能结果显示,热处理前由于加工硬化,三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。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4.5×10₅A/cm₂。大于4 T后,两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,导致在高场失去了磁通钉扎作用。     

高能球磨法制备MgB2材料的研究进展

MgB₂超导体临界温度为39 K,具有价格低廉和临界转变温度相对较高等优点,具有工程应用前景,然而其大尺度应用还依赖于超导性能的改善。经过系统的研究发现高能球磨和元素掺杂是提高MgB₂磁场下J_c性能最有效的方法。本文介绍了采用高能球磨法制备MgB₂的研究现状,采用高能球磨能有效细化晶粒,有利于提高超导芯丝的致密度,强化MgB₂晶粒的连接性,同时晶粒细化形成的更多晶界能形成钉扎中心,进一步提高线/带材在高磁场下的临界电流密度。我们还介绍了通过分步反应法和高能球磨在常压条件下合成MgB₂,高能球磨法可以减少MgB₂长线中的孔洞并提高粉体密度。     

原位粉末装管法37芯MgB2线材的制备及性能研究

传统的Cu包套原位粉末装管法(in situ PIT)制备多芯MgB₂超导线材时,易于出现断芯、断线现象。针对一问题,本实验中以强度较高的梦乃尔合金(Monel 400)作为包套材料,以旋锻、拉拔、轧制及中间热处理相结合的加工手段成功的制备出直径Φ1.0 mm、37芯结构的多芯MgB₂超导长线材。微观结构分析表明多芯线材中MgB₂芯丝及替换芯丝等亚组元的分布较为规整,阻隔层未出现明显破损现象,最终线材中MgB₂超导芯丝的平均直径约80 μm。室温拉伸性能显示热处理前MgB₂线材的屈服强度为759 MPa,热处理后的线材为248 MPa。4.2 K、4 T下,线材的临界电流密度J_c达到2.31×10^₅ A.cm^_-2,工程临界电流密度达到3.16×10^₄ A.cm^_-2。     

改进型镁扩散法制备高临界电流密度MgB_2超导体性能研究（英文）

采用一种改进型镁扩散法成功制备出密度达到1.95g/cm~3的MgB_2超导块材。研究了不同的热处理条件对MgB_2块材的超导转变温度和临界电流密度性能的影响。采用最佳热处理条件制备的MgB_2超导体T_c和J_c分别达到了38.1K和0.53MA/cm~2(10K,自场)。为了改进镁扩散法MgB_2超导体中弱的高场磁通钉扎性能,还研究了nanao-Pr_6O_(11)和C掺杂对MgB_2超导体的临界电流密度和不可逆场的影响。结果表明C掺杂的MgB_2超导体临界电流密度在10K,6T下达到了104A/cm~2,该结果比未掺杂MgB_2超导体在同样条件下性能提高了2个量级,甚至比固态反应法制备的nano-C掺杂MgB_2超导体性能更好。利用该方法制备的nanao-Pr_6O_(11)掺杂的MgB_2超导体在10K,2T下也比未掺杂样品Jc提高达9.4倍。根据大量的实验结果和理论分析作者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MgB_2超导体非常有效的途径。     

MgB2/Mo多层膜的制备与超导性质的研究

本文采用磁控溅射技术(MS)和混合物理化学气相沉积法(HPCVD)在单晶Al₂O₃基底上制备MgB₂/Mo多层膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对样品的表面形貌、晶体结构和超导特性进行了测量研究。实验结果表明随着后续MgB₂沉积温度的增加各膜层结晶程度进一步提高,晶粒尺寸不断增大,各自保持着良好的物质稳定性。在730℃温度下生长的MgB₂薄膜的超导转变温度T_con和零电阻温度T_c0分别为39.73K~39.53K,剩余电阻率~0.77μΩcm,表明样品处于干净极限。     

19芯MgB2/NbCu/Monel超导线材的制备及性能研究

为了提高多芯MgB₂超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,实验中采用强度较高的梦乃尔合金(Monel 400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(in situ PIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB₂超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉拔、轧制和中间退火热处理相结合的方法从Φ25 mm加工到Φ1.0 mm。对加工过程不同阶段的多芯复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB₂芯丝分布较为规整,Nb阻隔层表面较为光滑,未出现明显破损现象。最终Φ1.0 mm的多芯线材中MgB₂超导芯丝的平均直径约为100 μm。热处理后MgB₂线材的抗拉强度和屈服强度分别达到396 MPa和200 MPa。MgB₂线材的临界电流密度在4.2 K、4 T时达到1.23×10₅ A.cm_-2。     

采用低氟溶胶-凝胶法在725℃煅烧温度下制备YBCO超导薄膜的研究

采用低氟溶胶-凝胶法在LaAlO₃(100)基板上制备了YBa₂Cu₃O_7-x (YBCO)薄膜,研究了725℃的煅烧过程中氧含量对最终所得到YBCO薄膜的临界电流密度J_c的影响。研究发现,煅烧过程中氧气含量在100-1700 ppm范围内时,所获得的YBCO薄膜均具有良好的双轴织构特征。然而,当氧气含量较小时,所获得的YBCO薄膜致密性差,J_c较低。随着氧气含量的增大,YBCO薄膜表面逐渐变得致密。当氧气含量增加到300ppm时,YBCO薄膜表面较致密,J_c值达到4.3MA/cm₂。继续增大氧含量,薄膜表面出现富铜的第二相颗粒并逐渐增多,导致薄膜J_c降低。     

STRAIN EFFECT ON TRANSPORT PROPERTIES OF Nb3Sn MULTIFILAMENT STRANDS PREPARED BY INTERNAL TIN ROUTE

采用Pacman弹簧装置测量了4.2 K, 12 T条件下Nb₃Sn多芯股线的I_c--ε特征曲线. 材料轴向应变变化范围在-0.9%---+0.6%. 通过偏量比例模型模拟了材料临界电流I_c随应变状态的变化规律. 研究了轴向应变条件下超导材料载流能力(I_c)的衰退和lg V--lg I曲线斜率n值的变化, 通过临界电流随轴向应变的变化规律比较了不同制备工艺Nb₃Sn股线的轴向应变敏感性.     

磁铅石结构LaMgAl11O19粉体制备及其晶格热膨胀

采用反向化学共沉淀-高温煅烧法制备了镁基六铝酸镧(LaMgAl₁₁O₁₉)粉体。利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、高温原位X射线衍射及Rietveld晶体结构精修法对粉体的物相组成、显微形貌、晶体结构及晶格热膨胀行为进行了研究。结果表明,反向化学共沉淀制备的氢氧化物前驱体经1600 ℃热处理后完全转变为磁铅石结构的LaMgAl₁₁O₁₉,呈规则六方板片状,晶面光滑平整。采用高温原位XRD技术及Rietveld晶体结构精修系统研究了镁基六铝酸镧材料的晶格热膨胀行为。随着温度的升高,镁基六铝酸镧(LaMgAl₁₁O₁₉)晶格热膨胀表现出各向异性,晶胞参数a和c随温度变化关系为：a_T=5.5821+1.625×10_-5T+1.757×10_-8T₂+4.24×10_-12T₃,c_T=21.9189+1.1952×10_-4T+4.587×10_-8T₂+5.463×10_-11T₃。室温~1300 ℃,//a平均热膨胀系数为8.42×10_-6/℃,//c平均热膨胀系数为12.54×10_-6/℃。La-O键各向异性热膨胀是LaMgAl₁₁O₁₉晶格热膨胀各向异性的主要原因。     

Al和C共掺对MgB_2超导电性的影响

研究了在MgB2超导体中,Al、C以及这两种元素共同掺杂时对样品的超导转变温度、不可逆场、以及临界电流的影响。研究发现,当掺杂电子量相同时,Al掺杂比C掺杂对超导电性有更强的抑制作用。当Al、C共掺时,对于相同的掺C量,Al的掺杂作用减缓C掺杂对Tc的抑制作用。同时C掺杂可以有效的提高MgB2超导体在高场下的临界电流密度,Al,C共掺和单独掺C的两组样品中掺C都有相似的行为特性。     

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。     

First-principles Study on Structure and Hardness of the RuB2

采用原位法粉末装管工艺( in-situ PIT)制备了无定形碳掺杂MgB2/Nb/Cu超导线材并研究了该掺杂对MgB2微观结构及超导电性的影响.复合线材中以Nb作为阻隔层、Cu作为稳定体并采用冷拉拔工艺进行加工.研究了无定形碳掺杂对MgB2相形成、微观结构及超导电性的影响,其中掺杂量分别为MgB2-xCx(x=0.0,0.05,0.08,0.10,0.15).分别采用XRD、SQUID、SEM/EDS及传输电流测试等方法对MgB2/Nb/Cu线材进行分析测试.XRD分析结果显示,700℃热处理后的线材可以获得纯度较高的MgB2超导相;微观结果照片显示无定形碳掺杂后可以获得良好的晶粒连接性;能谱分析表明掺杂物C元素均匀的分布在MgB2基体中;通过四引线法测试了传输临界电流密度Jc,在4.2 K、5T,其Jc值高达1.4×105 A/cm2;在4.2K、10T,其Jc值为3.3×104A/cm2.     

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)。     

Effects of C10H8 Doping on Microstructure and Superconductivity of MgB2 Wires

采用原位粉末装管技术(in-situ PIT)制备了萘(C10H8)掺杂MgB2/Nb/Cu线材。前驱粉末按照MgB2+xwt% (x=0,2,5,8)的比例将Mg粉、B粉和C10H8粉末混合研磨,装入Cu/Nb复合管中,分别拉拔加工至Φ2.0 mm和Φ1.0 mm,然后Ar气氛中分别在650,700,750 ℃热处理,保温2.5 h。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等测试手段分析了样品的相结构和微观结构等。结果发现,样品超导转变温度Tc不随萘掺杂量的变化而变化,但正常态电阻有所降低。在20和25 K无外磁场时,x=8样品的临界电流密度分别达到1.1×105和3.8×104 A/cm2,而x=5样品也达到3.1×104 和 1.2×104 A/cm2。     

Superconducting Properties of Ti3SiC2-Doped Bulk MgB2 Superconductor

研究了Ti3SiC2掺杂对MgB2的晶格参数(a)、微观结构、超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)的影响。随着Ti3SiC2掺杂量的增加,晶格参数a逐渐变小,表明了C进入晶格代替B位的发生。随着掺杂量的增加,超导转变温度Tc从37.15K降低到36.55K。利用Bean模型通过M-H磁滞回线计算了样品的Jc值。结果表明,在低场区域,未掺杂样品的Jc值高于Ti3SiC2掺杂样品的Jc值。然而随着磁场的进一步增大,适量掺杂的样品Jc值得到提高。     

Effects of Y211 phase contents on the critical current density Jc and microstructural analysis in YBCO bulk superconductors

YBCO bulk superconductors were prepared by the solid state reaction and top-seed-melt-textured growth(TSMTG) process. By using the AC susceptibility measurement, the critical transition temperature Tc of samples is 91.5 Kfor the highest value, and the transition width △TC is less than 1 K. The highest magnetization critical current densities Jcachieved 106 A/cm2 under 5 T at 10 K and 1.35×104 A/cm2 under 2 T at 70 K (H//c), respectively. The results combining theSEM observation indicate that doping of Y211 particles is more effective in improving the growth quality of melt-texturedYBCO superconductor and in reducing the micro-cracks of specimens. Doping of Y2O3 powder forms the rod-shaped Y211particles, but doping of Y211 particles directly to matrix materials forms the spherical Y211 particles mainly. Combiningthe microstructures with Jc measurements shows that the interfaces are most important on flux bundle pinning, in which thegradient of free energy is larger than that of other place between the Y     

高压与常压下合成Mg_(1.05-x)(HgO)_xB_2的性能研究

分别在常压和高压下利用固相反应法制备了Mg1.05-x(HgO)xB2多晶样品,并研究了HgO掺杂对MgB2样品性能的影响。在两种不同的反应条件下制备的样品,超导转变温度随掺杂量的增大都有一定幅度的下降,但晶体结构和临界电流密度(Jc)则有显著的不同。常压下HgO掺杂可使Jc降低,而高压下一定量的掺杂则使Jc增大。由扫描电镜结果分析可得,高压下制备的样品晶粒间联系紧密,尺寸较小,从而使其临界电流密度、不可逆场和钉扎力等性能都优于常压下制备的样品。     

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。     

连续工艺制备的MgB2超导线的传输电流特性

美国高新技术研究所(HTR)采用连续装管成型(CTFF)粉末装管技术(PIT)制备了MgB2/Fe复合线。目前已制备出直径为1.2mm的先驱线(包Fe的Mg+B混合粉),长度达70m。在800℃～950℃处理3min～30min的短样品,传输临界电流密度(Jc)在4K/4T下达到(2～3)×104A/cm2,在4K/2T下达到4×104A/cm2,在4K自场下外推的Jc最少达到2×105A/cm2。用磁测量方法得到的Jc与外推得到的传输临界电流值差不多。