采用一种新的扩散法制备实用化的MgB_2超导体

利用一种新的Mg扩散方法,在常压下成功制备出致密的MgB2超导块材,样品密度最高达1.95g/cm3。结果表明:加热到900℃保温24h后炉冷,所得到的样品性能最佳。该样品在50Oe的外场下,超导转变温度(Tc)为38.1K,转变宽度仅0.9K;10K,20K,自场下临界电流密度(Jc)值分别达0.53,0.37MA/cm2。此外,通过添加少量纳米Pr6O11或者石墨,都能使MgB2的实用化性能得到显著改进。     

Mg/B化学计量比对MgB2超导电性和磁通钉扎性能的影响

采用固相反应法制备一系列的MgxB2（x=0.90,0.95,1.0,1.05,1.10）超导块材,并详细研究不同Mg/B化学计量比对MgB₂超导性能的影响。采用X射线衍射（XRD）仪,扫描电镜（SEM）和超导量子干涉（MPMS）仪分别对样品的物相、微观结构和超导性能进行表征。结果表明:名义组分为Mg_0.95B₂的样品临界电流密度Jc性能最好。由于Mg的不足,抑制了晶粒生长,同时也使得MgB₂内部Mg缺位、△Tc、FWHM、H_c2和H_irr明显增加,显著改善MgB₂的磁通钉扎性能。     

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。     

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。     

石墨烯掺杂MgB2块材超导性能和微观结构的研究

因为原材料相对低廉,综合制冷成本和材料成本,MgB2在20-25 K,1-3 T的中低磁场范围内应用具有明显的技术优势,有希望在这一工作温区替代传统的低温超导材料和氧化物高温超导材料,应用前景十分广泛。随着超导材料实用化的到来,对MgB2性能的要求也在逐渐提高,而影响它性能的主要因素磁通钉扎强度和晶粒连接性成为了人们的研究重点。本文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三种方法,系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB2块材的晶体结构、临界电流密度(Jc)、磁通钉扎性能(Fp)。通过直接掺杂,MgB2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MgB2超导性能。     

马来酸掺杂对MgB_2带材超导性能的影响

采用马来酸掺杂制备了MgB2/Fe超导带材。利用X光衍射、扫描电镜、电测和磁测等手段对样品进行了表征。结果显示,马来酸掺杂显著提高了带材在磁场下的临界电流密度和上临界场。掺杂样品在高磁场下具有良好的临界电流性能主要归因于马来酸分解产生的高活性C对B的替代引起的HC2提高和由晶粒细化而引入的磁通钉扎中心。     

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。     

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)。     

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。     

电磁铸造电磁作用力的数学分析及试验研究

对电磁铸造圆形感应器产生的磁场在金属熔体内的电磁作用力进行了理论分析和实验研究。指出导体中电磁作用力仅存在于径向及轴向方向上。电磁作用力的大小不仅与磁感应强度有关，还与磁感应强度的分布梯度有关；电磁有旋力是由于磁场分布不均匀造成的，其旋度方向在柱坐标系的周向方向上。试验研究分析了感应器结构、电流等工艺参数对电磁场分布的影响。     

Complete flux jumping in nano-structured MgB2 superconductors prepared by mechanical alloying

High density nano-crystalline MgB₂ bulk superconductors with induced pinning centres were prepared from elemental precursors by a sequence of ball milling, heat treatment, and final pressing. The XRD results revealed the main phase was MgB₂ with a minor component of MgO. The magnetic moment versus temperature indicated that the transition temperature of MgB₂ samples was around 34 K, which is less than the typical transition temperature of commercial powders and also the transition temperature strongly depended on the milling time. It is well known that introduction of defects, grain boundaries and impurities act as effective flux pinning centres in MgB₂ and results in increased critical current density, J_c and decreased the transition temperature, T_c. The magnetization measurements were performed using VSM at 10 K, 20 K and 30 K, and the M–H curves indicated a complete flux jump effect, which is a severe problem for the application of superconductors. It was determined that a noticeable amount of heating (0.3 K jumps at 10 K) occurs at these jumps. In addition, it was found that the sweeping rate of magnetic field and the size of bulk sample are very effective to promote the flux jumping and whereas a low sweeping rate (12 Oe/s) avoids these “avalanches”, consistent with a kind of supercritical phenomenon: going slower allows the field gradients to stay close enough to equilibrium so that the avalanche effect is not triggered. In contrast, the sweeping rate of 100 Oe/s leads to numerous jumps.     

中心Mg扩散工艺6+1芯MgB2线材的制备及其性能

采用中心Mg扩散工艺(IMD)设计并成功制备了2种不同导体结构(Cu和CuNb芯)的百米级MgB₂线材，分别测试了线材的力学性能和超导传输性能；超导层临界电流密度(Layer Jc)达到4.3×105A/cm2(4.2K,4T)。采用不同方法分析了2根线材纵向MgB₂超导层分布的均匀性，发现随着线材直径的减小，超导层分布更趋于均匀化，Φ0.8mm的线材基超比波动范围最小，基超比极差为0.02;MgB₂层分布均匀性的研究显示该线材中Mg、B密度分布均匀性良好；超导电性的测试结果显示Cu替换芯线材临界电流Ic比CuNb替换芯线材临界电流Ic高出19A(4.2K,4T)，而Jc性能基本一致；相同磁场强度下Cu替换芯线材载流均匀性与稳定性(n)均高于CuNb替换芯线材n值。该研究结果表明IMD工艺制备的MgB₂线材能应用于绕制小型磁体以及Mg/B/Nb/Monel基体能够开发百米级高性能的MgB₂线材。     

电刷镀Ni／n-SiO2复合镀层的形貌及摩擦学性能研究

利用脉冲换向电刷镀方法制得了Ni／n—SiO2复合镀层，并对镀层进行了表面形貌观察和分析，测试了镀层的摩擦学性能，与直流工艺条件下的快镍镀层和Ni／n—SiO2复合镀层相比，采用脉冲换向电刷镀工艺得到的Ni／n—SiO2复合镀层，由于脉冲换向电流的细晶强化作用和纳米颗粒的弥散强化作用，镀层致密、晶粒团尺寸细小、硬度高、摩擦系数低，因此耐磨性能更好。     

通过Nb，Ti扩散反应制备不同成分的超导体

利用Nb片和Ti片交替组配加工,经扩散反应制备了Ti含量在42.56%-56.62%之间的3种不同成分的NbTi超导线。运用扫描电镜(SEM)观察了Nb/Ti界面的扩散形态及微结构,并对热处理工艺和不同Ti含量对临界电流密度(Jc)的影响进行了讨论。结果表明:随着Ti含量增加,可提高超导线在低场(<5T)时的临界电流密度Jc。该工艺制备的NbTi超导线材的Jc可达到2800A/mm2(5T,4.2K)和4200A/mm2(3T,4.2K)。随着Ti含量的增加,试样的Jc在低场时很高,而在高场时的性能偏低,且下降迅速,而Ti含量低的试样的Jc衰减相对缓慢些。对Ti含量较高的合金,在一定温度下,选用较短的热处理时间,可获得高的Jc,对Ti含最较低的合金,则要求较长热处理时间。     

电流密度对超临界CO2流体镍电铸层表面性能和过程参数的影响

采用非离子表面活性剂,进行超临界CO2流体(SCF-CO2)电铸金属镍的研究,分析电流密度对CO2超临界流体镍电铸层微观组织、显微硬度、阴极电流效率、沉积速率、铸层厚度的影响。结果表明,随着阴极表面电流密度从3A/dm2逐渐增加至9A/dm2,体系电流效率快速下降,金属镍电铸层的显微硬度、沉积速率、铸层厚度不断增大。在压力为10MPa,温度为323K,电流密度为5A/dm2时,镍电铸层的显微硬度、铸层厚度、阴极电流效率、沉积速率分别为7.01GPa、30.5μm、94.51%、51.85mg/cm2·h,与传统电铸方法相比较,SCF-CO2电铸法制备的镍电铸层表面平整、微观组织致密。     

基于选择性激光烧结覆膜金属纳米复合粉末材料的研究进展

综述了选择性激光烧结金属粉末材料和纳米粉末材料的研究进展。介绍了选择性激光烧结覆膜Al-Fe-Ni合金系金属纳米复合粉末材料的开发思路。提出了选择性激光烧结覆膜Al-Fe-Ni合金系金腻纳米复合粉末材料的主要成分与制备方法，并对前景进行了展望。     

强流脉冲电子束轰击产生表面熔坑的数值模拟研究

在纯A1强流脉冲电子束表面改性实验的基础上，通过数值计算方法对其温度场和熔化过程进行了模拟，给出了脉冲半高宽度为0．5μs、能量为3J／cm^2电子束轰击铝靶后：熔化深度约为2．5μm，与TEM的观察结果一致，熔化从0．4μs开始到1．6μs结束，最先完全熔化的位置约为1．4μm，亚表层首先熔化并且迅速膨胀(沉积的能量在最大射程的1／3处达到最大值)，体积膨胀力大约为275MPa，引起了熔体从亚表层通过表层向外喷发，熔体的喷发速度约为1330m／s，随后表面从内向外经历速率为10^9K／s的冷却过程，因而使得表面形成类似于火山坑状的“熔坑”。验证了SEM和TEM的实验结果。     

强流脉冲离子束辐照金属材料表面的研究现状及进展

综述了强流脉冲离子束技术在金属材料表面改性研究的成果及对作用机理的解释,并展望了其发展前景.     

Enhanced superconducting properties of bulk MgB2 prepared by in situ Powder-In-Sealed-Tube method

A systematic study on the superconducting properties of polycrystalline MgB₂ synthesized by in situ Powder-In-Sealed-Tube technique is carried out at different temperatures (750–900 °C). Both XRD and SEM results show well-crystallized MgB₂ grains in all the samples and grain size is found to be increasing with the sintering temperature. Sharp superconducting transitions are observed for all samples, irrespective of sintering temperatures, which implies the high degree phase purity and homogeneity of MgB₂ formed, while J_C(H) plot gives sample dependent critical current density. The samples heat treated at relatively low temperatures show enhanced flux pinning and hence improved J_C(H) performance. The reduced grain size and hence increased density of grain boundary pinning centers of MgB₂ bulks synthesized at low temperature are mainly responsible for the enhanced flux pinning and J_C.     

添加15％Mo对反应熔渗Al制备MoSi2复合材料组织和力学性能的影响

采用在常规模压生坯中浸渗Al的方法,研究了MoSi2+Mo反应熔渗Al后的显微组织和力学性能的变化情况.研究表明MoSi2坯体在1350℃反应浸渗Al可使抗弯强度高达737 MPa,其断裂韧性也可达到4.3 MPa·m1/2,远远高于热压单相材料;然而其相成分中存在残余的Si相和Al相将会阻碍其高温应用;在MoSi2坯体中加入Mo粉可以消除残余硅相;经过计算,当Mo添加量为15%(质量分数,下同)时,可以完全消除Si相,并使Al相达到最低,而其强度并不降低.同时SEM观察表明,添加15%Mo后其断口显示晶粒间絮状夹层变成颗粒状黑色相面积较未加入Mo粉时减小.从而进一步证实添加15%Mo产生的组织变化将有利于该材料的高温力学性能.