铋系高温超导带材的先进成形技术

铋系(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox(Bi-2223/Ag)高温超导带材的传统制备工艺难以实现其性能提升。为了改善带材综合性能,从超导带材成形过程中的缺陷及问题出发,介绍了高强度金属外包套材料、多芯线材跑道模拉拔和热等静压三种先进技术。提出了可应用于实际工程的方案,以提高铋系高温超导带材的力学性能。     

非均质材料物理计算法对铋系线材拔制过程的研究

利用非均质材料物理的相关方法计算了Bi-2223/Ag超导单芯线材在不同拔制阶段时的弹性模量。同时,通过单向拉伸试验验证了计算过程及结果。计算及实验结果表明:利用非均质材料物理经典公式的计算结果可以确定Bi-2223/Ag超导单芯线材弹性模量的上、下限。弹性模量的计算是后续利用连续塑性模型确定超导单芯线材应力-应变性能的基础,对确定超导线材相关力学性能和制定形变工艺制度具有重要意义。     

专利信息

(Ⅰ)专利名称:一种铋系高温超导线/带材及其制备方法专利申请号:200410080448.5公开号:CN1588566申请日:2004-10-10公开日:2005-03-02申请人:西北有色金属研究院涉及一种高温超导铋系Bi-2223线材或带材的制备方法。包括成分为Bi-2223超导粉的芯材和包覆在Bi-2223超导体的芯材上的银隔离层。其特征在于在芯材芯部夹有AgMgNi合金丝/带,在丝/带间夹有银隔离层。本发明采用内置合金芯丝的方法,在带材的芯部位置引入合金丝。为防止合金元素与超导芯反应,在合金丝与超导粉之间添加纯银隔离层,使材料的屈服强度与未内置合金丝的普通带材相比由5…     

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。     

超导多芯带材冷压成形的工艺参数研究

在Bi2223/Ag超导多芯带材的制备过程中，采用了冷压成形的加工工艺。介绍了压力、压下速率、摩擦系数等冷压工艺参数对带材临界电流Ic值的影响，本研究所得结果对进一步实现Bi2223/Ag多芯超导带材冷压工艺的优化具有指导作用。     

Bi—2223的机械性能及改善

PIT法加工的Bi-2223单芯多芯带的机械性能 日本最近在“先进材料和标准凡尔赛计划 (VAMAS)”框架下，由8家研究单位联合，对粉末装管法(PIT)制备的单芯和多芯Bi-2223/Ag带材进行了拉伸试验的循环比对测试。发现单一氧化物(Bi-2223)芯的带材拉伸曲线可分三个阶段：首先是非常窄的弹性阶段；然后进入第二阶段，此时应力-应变曲线斜率逐渐减小；最后出现宏观屈服和弹性变形阶段，此时能看到多重开裂现象。在施力过程中同时记录电压变化，发现第二阶段开始就出现电压，到第三阶段电压迅速增加，与微裂纹生成和氧化物层宏观断裂相对应。…     

多芯铋系超导材料轧制过程中的变形分布研究

塑性变形是铋系超导带材加工的必要手段,多芯超导体在成形过程中的变形分布对成形质量具有重要影响。文章对多芯超导带材在轧制过程中不同加工道次变形横截面的形貌进行处理,给出了超导带材多芯的变形形貌及其变化规律,涉及各超导芯在轧制过程中的轧制方向和横向的应变分布;并结合塑性加工的变形理论对分布规律进行分析。取得的研究结果可以为开展铋系高温超导带材的数值模拟提供实验基础,并为改进超导带材生产工艺、提高带材性能提供重要参考。     

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.     

利用交流磁化率无接触测量Bi-2223/Ag高温超导带材的E-J特性

对Bi-2223/Ag超导带材的交流磁化率(χ=χ′+jχ″)随交流磁场的峰值(μ0Hm=0.01～60mT)以及频率(f=1～540Hz)的变化进行了系统的研究,发现通过在不同频率下测量χ″最大值所对应的磁场Hm(χ″),结合临界态模型的假设,可以对带材的E-J特性进行推导。在单芯带材情况下,所得结果和由传输测量得到的E-J关系相符合;而在多芯带材情况下则需要对磁化电流进行修正。这可以作为一种非接触测量单芯Bi-2223/Ag带材E-J特性的方法。     

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).     

铋系高温超导粉体的制备

首先采用喷雾热分解法制备了铋系超导粉体，然后对得到的粉体进行焙烧处理，焙烧时采用不同的工艺参数，包括温度、保护气体的氧分压等。利用XRD，SEM等分析手段，研究了焙烧后粉体的粒度分布，形貌，相组成及其均匀性等。最后，采用粉末套管法将焙烧后的超导粉体制备成单芯超导带材，在形变热处理后，带材样品获得了超过30A的临界电流。     

拉伸应变对Bi-2223银及银合金包套带材临界电流的影响

研究了Bi-2223带材的应力-应变特征，比较了包套材料、芯丝数目和Ag／超比例对Bi-2223带材不可逆拉伸应变的影响。实验发现，采用高强度的AgMn合金包套材料可提高芯丝的残余压应变，并通过提高Ag/超界面的平整性，减少因为界面不均匀而产生的应力集中，芯丝中微裂纹的出现和扩展将被延迟到更高的应变状态，因此可显著提高带材的不可逆拉应变。同时，通过增加芯丝数量和Ag／超比例也可增强带材抗拉伸应变能力。     

Microstructure and properties of Bi-2223/Ag/Ni tapes

To reduce the production cost of Bi-2223 superconducting tapes, Bi-2223/Ag/Ni tapes were fabricated by the powder-in-tube process. The effect of heat treatment on the microstructure and critical current of the Bi-2223/Ag/Ni tapes were studied. The phase compositions of the samples were characterized using XRD. The microstructure was observed using SEM. Experimental results indicate that higher temperature is more conducive to the formation of Bi-2223 phase at an atmosphere of 8.5% O 2 . After the two-step heat treatment, the critical current of samples is about 67.5 A.     

THE INFLUENCE OF PRECURSOR VARIABLES ON THE PHASE FORMATION,MICROSTRUCTURE AND TRANSPORT PROPERTY OF Bi—2223／Ag TAPES

The Bi-2223/Ag tapes were prepared with spray-died powders, which are of different particle sizes and phase assemblages by varying the annealing time in pure oxygen. Longer time annealing degraded the reactivity of precursor powder, which in turn resulted in an incomplete conversion from precursors to Bi-2223, porosity core and misaligned grains in fully processed tapes. The best Jc in short pressed samples varied from 29.7 to 47kA/cm2 for the tapes made from different powders.     

装管密度对Bi-2223／Ag超导带材性能的影响

研究了不同装管密度对Bi-2223／Ag带材(19芯)性能的影响。结果表明：采用压棒装管工艺提高了带材芯丝的填充系统，有利于提高带材的工程电流密度；第一次热处理后带材表面的鼓泡明显比松装带材少，有利于提高电流沿长度方向上的均匀性，更适合制备长带。压棒装管带材与松装带材相比，宽展更大，最终热处理后芯丝致密，孔洞少，而且2223相含量高，最终带材的载流性能好于松装带材。     

应变方式对Bi-2223/Ag超导带材中微裂纹的形成及临界电流的影响

对比研究了拉伸、弯曲和压缩3种应变方式对Bi-2223/Ag高温超导带材中微裂纹的形成以及临界电流的影响。实验结果表明:带材的临界应变值在不同的应变方式作用下表现出明显的差异。同时,超导芯中裂纹的扩展途径也有所不同,弯曲时裂纹从带材上表面向内扩展,而拉伸时裂纹的产生则具有随机性。重点讨论了带材内部微裂纹的产生机理,实验发现,带材在拉伸过程中产生轧向裂纹和横向裂纹,而在压缩过程中以轧向裂纹为主,横向裂纹较少。正是这两种裂纹的交互作用导致带材临界电流的降低。     

基于磁路的高温超导带材临界电流连续检测方法

介绍了一种基于磁路的连续检测高温超导带材临界电流的方法 ,这种方法具有2个突出优势:(1)从原理上不会受机械振动影响产生噪音,从而可以实现高速、稳定的测量;(2)可以测量带有铁磁性RABi TS基底的高温超导带材。本研究介绍了该方法的基本原理,并搭建了用于测量千米级高温超导带材的实验装置。并通过对铋系、钇系高温超导带材的检测,验证了本方法的优势。     

Fabrication of non-superconducting and superconducting joints of Ag/Bi-2223 tapes by diffusion bonding

Diffusion bonding of multifilamentary Ag/Bi-2223(Bi_2Sr_2Ca_2Cu_3O_x) superconducting tapes has been performed successfully.Three types of joints,namely,with silver interlayer (type I),bonded directly (type II),with Bi-2212(Bi_2Sr_2Ca_1Cu_2O_x) powder interlayer or with Bi-2223 powder interlayer (type III) were researched,respectively.The critical currents(I_C) of these joints were measured and microstructures of the joints were evaluated by scanning electron microscope (SEM).The result shows that type I is non-superconducting joint with very low resistance,and type II joint and type III (with Bi-2212 or Bi-2223) joints are both of superconducting property.By comparing,type II joint possesses most excellent superconductivity,type III joint with Bi-2223 powder interlayer takes the second place,and type III joint with Bi-2212 powder interlayer is least.