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％。     

Bi-2212超导带材部分熔化-淬火态的微观组织分析

制备了Bi2.10Sr1.96Ca1.0Cu2.00Ox/Ag和Bi2.00Sr2.05Ca0.95Cu2.00Ox/Ag2种带材,研究了在885℃保温不同时间的熔化-淬火态样品的微观组织。结果显示,2212相在Bi2.10Sr1.96Ca1.0Cu2.00Ox/Ag样品中的分解速度快,而在Bi2.00Sr2.05Ca0.95Cu2.00Ox/Ag样品中的分解速度相对较慢。在885℃保温10min后,Bi2.10Sr1.96Ca1.0Cu2.00Ox/Ag样品中的2212相全部分解,而Bi2.00Sr2.05Ca0.95Cu2.00Ox/Ag样品存在74.4%的2212相。原因是2种样品中Bi和Sr的含量不同。Bi含量高会导致2212体系的熔点降低,而Sr含量高则2212体系的熔点升高。在885℃保温30min后,2种样品中2212均完全熔化分解。EDS分析表明,熔化-淬火的样品中主要相组成是2201相、14:24AEC相、91150相和少量的再生2212相。在885℃,14:24AEC相晶粒尺寸随着保温时间延长而长大。     

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。     

Bi2Sr2CaCu2O(8+δ)薄膜的分子束外延法制备及结晶性

在BiO-(Sr+Ca)O-CuO相图上的Bi2Sr2CaCu2O8+6(Bi-2212)相附近选择不同成分,用分子束外延法制备成薄膜,利用XRD,EDS,SEM和AFM研究了成分,衬底温度和臭氧分压对Bi-2212相薄膜成相的影响,分析了生长速率和错配度对Bi-2212相薄膜质量的影响.结果表明,Bi-2212相薄膜单相生成的成分范围(原子分数)分别为Bi 26.3%-32.4%,(Sr+Ca) 37.4%-146.5%,Cu 24.8%-32.6%;当衬底温度为720℃且臭氧分压为1.3×10-3 Pa时,在MgO(100)衬底上生长出质量较高的c轴外延Bi-2212相薄膜;通过调整生长速率、更换衬底和插入不同厚度的Bi2Sr2CuO(6+δ)过渡层的方法,可以改善Bi-2212相薄膜的结晶质量.表面形貌和导电特性.     

（Bi，Pb）-2223相分解-再形成过程中超导相的演变

研究了低氧分压气氛中，不同熔化处理温度下单芯银包套带材（Bi，Pb）-2223（以下称Bi-2223）芯部熔化分解及随后的缓慢冷却阶段，淬火试样中Bi-2223，Bi-2201和Bi-2212相之间的演变关系。结果显示，在Tp=855℃-865℃范围内，随着熔化处理温度（Tp）的升高，淬火带材中Bi-2223相相对含量逐渐减少，而Bi-2201相含量则明显增加。Tp=855℃-860℃时，Bi-2223相发生部分分解，其淬火后的主要产物为Bi-2201，（Sr,Ca）2CuO3（2：1AEC）和（Sr,Ca）14Cu24O41（14：24AEC）。经过随后的缓慢冷却，部分分解的Bi-2223相可以直接从液相中再形成。在所有熔化试样及部分熔化后慢冷所得的试样中均未发现Bi-2212相。当Tp=865℃时，Bi-2223相则全部分解，在同样冷却条件下，其回复过程经历了两个不同的途径，一是少量Bi-2223相直接从液相中生成，二是先从液相中析出Bi-2212相，在随后继续冷却过程中再转变为Bi-2223相。由于Bi-2212转变为Bi-2223所固有的迟缓特性，以致在本实验的冷却条件下，完全分解的Bi-2223相只能部分得到回复。     

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。     

成份对Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O系超导相形成的影响

采用分步合成法制备Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O系超导体,系统地研究了Bi/Pb比,Sr/Ca比及CuO含量对超导相形成的影响。研究结果表明,Pb取代Bi的最优量为15%—20%,Ca及Cu的多余均不利于2223相的形成。并初步分析了已有报道差别的原因。     

Bi—Sr—Ca—Cu—O系氧化物熔体的凝固产物及其向超导体的转变

用不同的熔化方法和后续热处理制备了BSCCO系超导体,研究了冷却速度、退火温度、退火时间和不同熔化方法对相变的影响,运用X射线衍射,光学显微镜,电子探针,差热分析,热重分析,导电性和抗磁性测量等分析了组织、结构和性能,结果表明,名义成分为Bi_2(Sr,Ca)_3Cu_2O_x的熔体在空气中凝固时,Bi_2(Sr,Ca)_3Cu_2O_(8+δ)(简称2212)超导相是较稳定的相;包含Bi_2(Sr,Ca)_2CuO_(6+δ)(简称2201)相的产物是易生成的亚稳相;在急冷条件下生成非晶后两者通过后续热处理可以转变成2212相,最佳退火温度在780-870℃间,非晶相也可转变成2201相,激光浮区熔化法(LFZM)制成的2201相退火后易转变成片状或纤维状的2212相,有利于改善超导相颗粒间的连接,提高临界电流密度     

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)。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

INFLUENCE OF NANOMETER GRAIN SIZE OF Bi-2212 PHASE ON SUPERCONDUCTIVITY

ＩＮＦＬＵＥＮＣＥＯＦＮＡＮＯＭＥＴＥＲＧＲＡＩＮＳＩＺＥＯＦＢｉ－２２１２ＰＨＡＳＥＯＮＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ￥ＺＨＡＮＧＣｈｅｎｇ;ＷＡＮＧＹｏｎｇｚｈｏｎｇ;ＪＩＡＮＧＭｉｎｇ;ＺＥＮＧＤｅｃｈａｎｇ;ＴＡＮＧＨｏｎｇ;ＬＩＺｈｏｎ...     

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.     

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。     

Critical current enhancement in Bi-2223/Ag superconducting tapes by controlling its first sintering process

Microstructural evolution of the Bi-2223 phase, liquid phase and secondary phase in the first sintering process has been studied by means of XRD and SEM/EDS. Experiments show that the first sintering temperature and time have a great influence on the Bi-2223 phase formation. The cooling rate after the first sintering process determines the type and grain size of the secondary phases, which in turn decides the critical current of the fully reacted tapes. The fast cooled sample contains a few secondary phase particles with very small size, whereas the slow cooled sample produces large CuO particles. The (Ca,Sr)₂CuO₃ and (Ca,Sr)₁₄Cu₂₄O₄₁ phases are easy to deform, while CuO phase particle has a high hardness and is difficult to deform during uniaxial press. The critical current is largely improved by controlling the cooling rate of the first sintering process.     

Effect of CuO Particle Size on the Microstructure Evolution of Al_2O_(3P)/Al Composites Prepared Via Displacement Reactions in the Al/CuO System

An Al2O3P/Al composite was successfully synthesized using a displacement reaction between 80 wt% Al and20 wt% Cu O powders at a heating rate of 5 °C/min. Two different sizes Cu O particles were used, and all the experiments were conducted under an argon atmosphere. To analyze the microstructural evolution during synthesis, the Al–20 wt%Cu O samples were heated to the temperatures selected according to the differential scanning calorimetry curve and then immediately quenched with water. The phase composites and microstructure of the water-quenching samples were investigated using X-ray diffraction, optical microscopy, scanning electron microscopy and energy-dispersive spectrometry.The results indicate that the Cu O particle size has a significant effect on the microstructural evolution of the samples during the heating stage and on the microstructure of synthesized composites. Smaller Cu O particles can decrease the reaction temperature, narrow the reaction temperature range at the different reaction stages during the heating stage and make the size and distribution of in situ Al2O3 particles more uniform. The reaction between Al and Cu O can be complete as the temperature rises to 900 °C. The size of the in situ Al2O3 particles is approximately 5 lm when the size of the Cu O particles is less than 6 lm. This sample has a relatively high Rockwell hardness of 60 HRB.