降温速率对Bi-2223/AgAu带材微观结构和传输性能的影响

采用PIT工艺制备了单芯Bi-2223/AgAu带材,系统地研究了第二次热处理阶段(HT2)降温速率对带材相组成、微观结构和传输性能的影响。结果表明：随着降温速率的减小,富铅相3321不断增加,CuO颗粒尺寸逐渐增大。当冷却速率从600°C/h减小到1°C/h时,临界电流密度Jc从7 kA/cm₂增加到11.5 kA/cm₂,增加了64%。由于晶间连接性能和磁通钉扎性能的提高,在较低的降温速率下,Bi-2223/AgAu带材在磁场下的临界电流密度也得到了提高。     

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％。     

CaCuO2颗粒尺寸对双粉法制备Bi系高温超导带材性能的影响

本文通过基于共沉淀工艺的双粉法制备了Bi_1.76Pb_0.34Sr_1.93Ca_2.0Cu_3.06O_8+d (Bi-2223)前驱体粉末。在这一过程中,首先单独制备了Bi_1.76Pb_0.34Sr_1.93CaCu_2.06O_8+d (Bi-2212)和CaCuO₂(实际相组成为Ca₂CuO₃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CaCuO₂粉末,然后将Bi-2212与其按照相组成相组成为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CaCuO₂粉末的平均颗粒尺寸从1.1减小到0.75和0.60 mm。通过扫描电镜对不同尺寸CaCuO₂颗粒制备的Bi-2223生带、第一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CaCuO₂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,达到了12200 Acm^_-2。     

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.     

熔化处理温度对银包套带材中（Bi，Pb）-2223相熔化分解-再形成行为的影响

应用X射线衍射（XRD）和扫描电镜／能谱分析（SEM／EDS）研究了7．5％O2-Ar条件下，熔化处理温度对银包套单芯带材芯部（Bi，Pb）-2223（简称2223）相的分解及再形成行为的影响。结果表明，适当温度下，2223相部分熔化生成一种类似于（Bi，Pb）-2212的液相和碱土铜酸盐（AEC），主要是（Sr，Ca）14Cu24O41（14：24-AEC）和（Ca，Sr）2CuO3（2：1-AEC），对于这一高温超导相的可逆再形成至关重要。随着熔化处理温度的升高，2223相熔化分解生成的液相的成分经历了从介于2223和2212计量比之间向2212，并进一步向2201计量比的演变过程。2223相易于从类似于2212的液相中析出，而从接近2201计量比的液相中更易于生成2212相。2223相从过度熔化生成的液相中再形成经历了两个途径：一是直接从液相中析出，二是由冷却过程初期形成的2212相转变而来。     

前驱粉的相组成对Bi（Pb）-2223／Ag带材的微观结构和性能的影响

通过改变粉末的最终烧结温度制备出不同相组成的前驱粉。研究了前驱粉的相组成对Bi(Pb)-2223／Ag带材性能和带材微观结构的影响；从而得出装管前粉末的最佳相组成为：(Pb)2212主相加上一定量的第二相[Ca2PbO4和(Sr，Ca)CuO]，不含2201和2223相。前驱粉的最佳烧结温度应刚好低于2223相的起始成相温度820℃。制备出的最高带材性能Jc达到12kA／cm^2。     

Effect of cooling rate on evolution of superconducting phases during decomposition and recrystallization of (Bi,Pb)-2223 core in Ag-sheathed tape

The reformation of (Bi,Pb)-2223 from the liquid or melt is very important for a melting process of (Bi,Pb)-2223 tape. By combination of quenching experiment with X-ray diffraction (XRD) analysis, the effect of cooling rate on the evolution of three superconducting phases in the (Bi,Pb)-2223 core of Ag-sheathed tape was investigated. The results show that (Bi,Pb)-2223 reformation from the melt seems to experience different routes during slowly cooling at different rates. One is that (Bi,Pb)-2223 phase reformed directly from the melt, and no Bi-2212 participate in this process. The other is that (Bi,Pb)-2223 is converted from the intermediate product, Bi-2212, which formed from the melt during the first cooling stage. Due to the inherent sluggish formation kinetics of (Bi,Pb)-2223 from Bi-2212, only partial (Bi,Pb)-2223 can finally be reformed with the second route.     

冷却速率对(Bi,Pb)-2223/Ag超导带材微观结构和性能的影响

研究了(Bi,Pb)-2223/Ag带材在第1次热处理后,不同的冷却速率对其输运性能和微观结构的影响。利用XRD、SEM等分析手段对样品进行表征。结果表明：随着冷却速率的降低,带材中的2201相不断减少直至消失,而Ca2PbO4相的含量却不断增加;与此同时,带材中第二相粒子的尺寸也不断增大。带材的输运电流测量表明,随冷却速率（对数坐标）的降低,样品的临界电流密度线性增加,同时,带材在磁场下的性能也不断提高。这是由于慢冷导致(Bi,Pb)-2223/Ag带材的晶粒连接性变好和磁通钉扎能力提高造成的。     

Ca含量对Bi-2223超导带材的结构及电流传输性能的影响

采用喷雾干燥法制备了4种不同Ca含量的BSCCO 2223初始粉末，并研究了Ca掺杂对Bi-2223银包套超导带材的相转化、微观结构和电流传输性能的影响．实验表明，增加Ca含量促进了2223相的转化和提高了带材的临界电流，但同时也在超导芯中引入了较多的富Ca的非超导杂相．分析认为，较高的Ca含量增加了体系烧结过程中液相的含量，进而促进了相转化和晶粒生长及晶间连接，因而改善了电流传输能力。     

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。     

铋系高温超导材料中3321相生成机理

将铋系高温超导粉末在不同的工艺条件下进行焙烧,然后用XRD分析样品中的相组成,并用内标法计算样品中各相的相对含量。通过对Bi-2212相、3321相、(Sr,Ca)2CuO3(2:1相)和CuO的相对含量的变化规律的研究,提出了3321相生成的反应机理。实验结果表明,铋系超导材料中3321相的生成与(Bi,Pb)-2212相的分解是直接相关的。Pb从(Bi,Pb)-2212相中析出引起(Bi,Pb)-2212晶体结构中缺少足够的(Bi,Pb)原子,导致部分(Bi,Pb)-2212相的分解,在生成3321相的同时还生成(Ca,Sr)2CuO3和CuO。     

Na掺杂对Bi-2212高温超导体性能影响研究

本文采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了Na掺杂的Bi_2.1Sr_1.96Ca_1-xNa_xCu_2.0O_8+d超导材料。Bi-2212前驱体粉末采用改进的共沉淀工艺制备,并在烧结前将前驱体粉末与NaOH混合。本文系统研究了Na离子掺杂对Bi-2212体系晶格结构、相组成、微结构和相关超导性能的影响。Na离子掺杂导致Bi-2212体系相转变温度的显著降低。因此在SPS过程中,烧结温度相应发生了变化。但Na掺杂仍然导致大量Bi₂Sr₂CuO₆ (Bi-2201)相生成,进而导致了超导相含量的降低和织构度的破坏,所以给体系的超导电性带来了负面的影响。另一方面,Na掺杂相Bi-2212中掺入了大量的点缺陷,这些点缺陷可以作为有效钉扎中心。因此,通过优化Na掺杂Bi-2212的烧结工艺,有可能在高场条件下获得体系性能的改善。     

部分熔化热处理工艺对Bi-2212／Ag带材Jc性能的影响

为了提高Bi-2212/Ag带的性能（主要指临界电流密度Jc)，进行了部分熔化热处理工艺对带材Jc的实验。采用标准的4点法测量Jc,使用PW1700XRD,SL20 SEM 和EDX检验和研究带材的相组成和微观组织。实验表明，在流氧气氛下，烧结温度为860℃～880℃时，前驱粉末以Bi-2212为主相，同时含有少量的Bi-2201相，（Sr2Ca)Cu2O3相和富（Bi2Sr)相。在流氧气氛下，带材Jc性能对热处理工艺参数非常敏感，在实验条件范围内，优化后的热处理工艺参数为：熔化温度Tmax=890℃，熔化时间tmax=10min,冷却速率Rc=2℃h^-1，在保温温度为835℃时，保温时间ta=20h,通过优化的部分熔化热处理工艺，在77K，0T下最后所制得带材的最大Jc=6A,Jc=890Acm^-2.     

Formation of nanostructured eutectic network in α-Al2O3 reinforced Al–Cu alloy matrix composite

We report the fabrication and characterization of an Al–Cu alloy matrix composite, which is reinforced by α-Al₂O₃ particles and nanometer-sized (nm-sized) lamellar eutectic. The composite was fabricated by sintering and rapid quenching of an Al–20wt.%CuO sample. We had performed differential thermal analysis on the sample, and found that the reaction between Al and CuO took place between 580 and 700 °C. Results from scanning and transmission electron microscopies indicated that amorphous Al₂O₃ was initially formed in the reaction. It was then crystallized and transformed to the more stable α-Al₂O₃ particles at higher temperature. When the sintered sample was cooled down from 1000 °C, the two-phase Al(Cu)–Al₂Cu eutectic was formed. The size and the distribution of the eutectic network strongly depended on the rate of cooling. The final sintered product contains α-Al₂O₃ particles and Al(Cu)–Al₂Cu eutectic, which are embedded in the Al(Cu) matrix. In comparison, the eutectic network in the oil-quenched sample is distributed more evenly and is finer in size, with lamellar spacing as small as 200–300 nm, than that of the furnace-cooled sample. The Vickers hardness value of the oil-quenched sample has an average of 123, which is 50% higher than that of the furnace-cooled sample.     

增强芯丝密度对Bi-2212高温超导带材性能的影响

采用共沉淀工艺制备Bi-2212前驱体粉末,并通过粉末装管法(PIT)制备了Bi-2212单芯带材。通过对装管粉末颗粒尺寸的控制,分别获得了具有不同芯丝密度的带材,并对其所引起的超导带材的微结构和超导载流性能的变化进行了系统的分析。SEM照片显示,前驱体粉末是由3~5微米的初级颗粒组成的,但是由于烧结过程中发生硬团聚,有大量的大尺寸团簇颗粒产生,颗粒尺寸由10微米到180微米不等。通过过筛将前驱体粉末按照颗粒尺寸分为四组,分别进行装管。结果表明,随着平均颗粒尺寸的减小,在冷加工和热处理过程中带材的芯丝密度均有明显增加。因此最终带材的晶间连接性较强,从而获得了带材载流性能较高。本研究可以作为装管工艺优化的一个重要理论依据,为Bi-2212超导线材性能的进一步提高奠定基础。     

Enhanced thermoelectric and mechanical performance of polycrystalline p-type Bi0.5Sb1.5Te3 by a traditional physical metallurgical strategy

In this paper, p-type Bi_0.5Sb_1.5Te₃ polycrystalline materials have been fabricated by a traditional vacuum melting method, and the effects of cooling rate and MoSi₂ addition on the microstructure, thermoelectric and mechanical performance of the polycrystalline materials have been studied detailedly. It shows that the amount of Te-rich eutectic phase increases and the lamellar microstructure has been refined with the increase of the cooling rate. Due to the combined effect of cooling rate on the carrier concentration and mobility, the air cooled sample has higher figure of merit than the furnace cooled, water cooled and liquid nitrogen cooled samples, and a maximal ZT of 1.02 at 50 °C was obtained for the air cooled polycrystalline sample. Under the same air cooling condition, the inhomogeneous nucleation sites increase with increasing the amount of MoSi₂ particles, therefore the amount of Te-rich eutectic phase increases and the lamellar microstructure get refined, and the thermal conductivity of the sample decreases significantly due to the extra phonon scattering by the refined microstructure and MoSi₂ particles. The resulted figure of merit ZT increases with increasing the amount of MoSi₂ particles, and it decreases with further increasing the MoSi₂ content after attaining the vertex of ZT = 1.33 at 100 °C at a content of 0.2 wt.% MoSi₂. The flexural strength of the air cooled polycrystalline sample also increases with the amount of MoSi₂ increasing from 0 to 0.3 wt.%, and a nearly 56% enhancement was achieved for the 0.2 wt.% MoSi₂ sample (28.0 MPa) compared with the MoSi₂ free sample. The improvement of flexural strength is in agreement with the Hall–Petch strengthening mechanism due to the lamellar microstructure refinement induced by MoSi₂.     

Bi-2212/Ag带材的制备与性能

研究了名义化学成分为Bi2.10Sr1.96Ca1.0Cu2.00Ox的Bi-2212/Ag超导带材的制备和性能,采用X射线衍射技术和扫描电镜技术分析了Bi-2212相的合成过程和Bi-2212/Ag超导带材中超导体的微观组织形貌,在4.2～30K温度范围内测量了Bi-2212/Ag超导带材样品的临界电流密度(Jc),应用背景场的磁场(B)最高达到7T。结果表明,Bi2.10Sr1.96Ca1.0Cu2.00Ox的粉末在空气中多次烧结后,2212相生成量可以达到91.6%;Bi-2212/Ag超导带材中晶粒间有良好的连接性,但微观组织中仍存在大量的缩孔。在磁场高于5T和温度低于20K时,Jc随应用磁场和操作温度升高而缓慢下降,而当磁场小于5T和温度超过20K时,Jc快速下降。通过熔化-慢冷工艺得到的Bi-2212/Ag带材其临界电流密度Jc可达到320A/mm2(4.2K,7T)。     

(Ca0.96D0.04)MnO3(D=Ca, Sr, Rb, Sm)氧化物的制备和热电性能研究

利用溶胶凝胶法制备出(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Ca, Sr, Rb, Sm)氧化物粉末后,先分别采用氩气气氛的放电等离子烧结和空气气氛的常压烧结制备出CaMnO₃(CMO)块体,并对其相组成进行分析,选择出更为优异的CaMnO₃块体制备方法。再进一步制备出(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Sr, Rb, Sm)氧化物块体,最后对(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体的物相组成、显微组织和热电性能进行测试分析。实验结果表明：氩气气氛放电等离子烧结制备的CaMnO₃块体发生物相分解,原因是放电等离子烧结的烧结环境贫氧;空气气氛的常压烧结可以得到物相较纯净的(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D=Ca, Sr, Rb, Sm)块体;在整个测试温度范围内,(Ca_0.96D_0.04)MnO₃(D= Sr, Rb, Sm)的ZT值在873K时达到最大,分别为0.11、0.08和0.07,相比于未掺杂试样提高了约1.3~2.2倍。     

Cu含量变化对Bi-2212高温超导材料相演变过程及超导性能的影响

采用共沉淀工艺制备了不同Cu含量的Bi-2212前驱体粉末,并通过分步烧结工艺对前驱体粉末中Cu含量不同所引起的相演变过程的变化进行了系统的分析。结合浸涂法和粉末装管法制备了Bi-2212厚膜及单芯线材。研究结果表明,Cu含量的变化对厚膜和带材在烧结过程中的相演变过程同样具有极大的影响。随着Cu含量的增加,体系的相演化过程发生了改变。最终材料中Bi-2201相的含量逐渐减少,而AEC相的含量逐渐增加。考虑到Bi-2201和AEC对载流过程的影响各不相同,通过系统的优化,获得了最佳Cu含量为x=2.2。在这一成分处,厚膜和单芯带材临界电流密度同时达到最大值。     

一种用于SOFC的有前途电解质:Sc~(3+)和Bi~(3+)共掺氧化锆(英文)

采用pechini方法合成了Sc、Bi共掺的氧化锆粉体,并且在1050～1500 ℃下进行烧结.通过XRD、拉曼光谱和交流阻抗等测试研究了物相组成和电导率.研究发现,Bi_2O_3的加入在降温过程,部分抑制了t'→t的相变,而且作为助烧剂提高了样品密度.当烧结温度为1400 ℃时,样品电导率最高 (大约10~(-2) S/cm, 500 ℃),这可能是由于在此温度下m相的消失和亚稳相t'的抑制分解所致.