预复合包套技术制备的高性能(Ba,K)Fe2As2铁基超导带材(英文)

铁基超导材料因具有极高的上临界磁场和较小的各向异性,在高磁场领域具有独特的应用优势.铁基超导材料实用化研究的一个主要目标是制造出低成本和高临界电流密度的超导线材和带材.使用铜银复合包套代替纯银包套制备铁基超导带材可以减少昂贵的银的使用,从而显著降低成本.本文通过预复合工艺制备了(Ba,K)Fe₂As₂铜银复合包套带材,有效减少了包套中的间隙气体,增强了复合金属包套的界面结合.预复合带材在750℃烧结3 h后,实现了6.2×10⁴ A cm^-2(4.2 K, 10 T)的高临界电流密度.通过微结构与成分表征发现,高致密度的超导芯、大尺寸晶粒和均匀的元素分布是获得高临界电流密度的主要原因.以上研究结果表明,预复合包套技术为制备高性能、低成本的铁基超导线材和带材提供了一种可行的方法,具有良好的应用前景.     

新型铁基超导线带材的研究进展

新型铁基超导材料具有较高的临界转变温度、超高的上临界场和非常小的各向异性等优点,在高场磁体领域应用前景广阔。目前粉末装管法已广泛应用于铁基超导线带材的制备,临界电流密度在4.2 K和10 T下高达1.7×104 A/cm2,接近实用化水平。首先介绍了铁基超导材料的典型结构与基本超导特性,详细评述了铁基超导粉末的合成和粉末装管法的工艺流程,主要包括元素配比、热处理工艺以及粉末装管原位法和先位法的对比分析,重点探讨了影响线带材临界电流密度的因素及其关键制备技术。通过包套材料的选择、掺杂改性、热等静压和轧制织构等方法来解决线带材中包套与超导芯易反应、杂相多、致密度低以及晶界弱连接等难题。此外还简要介绍了多芯线带材的最新研究进展。最后,对铁基超导线带材的发展趋势做了展望。     

多芯MgB2/NbZr/Cu线材的制备及性能研究

采用NbZr/Cu复合管作为外包套材料,用粉末装管工艺(PIT)制备出千米级TiC掺杂的多芯MgB2/NbZr/Cu线材.在流动高纯氩气保护下、650-800℃温度区间内烧结2 h.微观结构分析显示,该工艺制备的MgB2/NbZr/Cu线材具有良好的晶粒连结性和较高的致密度.采用标准的四引线法,在4.2 K不同磁场下测试线材的临界电流密度,在10 T时,线材临界电流密度Jc达到1.8×104A/cm2.     

ITER项目用NbTi/Cu复合超导线的工艺研究

为实现高均匀性、高性能的NbTi/Cu多芯复合线的批量生产,需要优化多芯复合线的传统工艺.对复合线材均匀性和超导性能的研究结果表明:经优化后的拉拔-扒皮工艺完全可以取代传统的拉拔-轧制工艺且能改善NbTi/Cu超导线材的Jc值,为低温超导线材的推广使用打下了坚实基础.     

通过微量锰掺杂直接合成体超导的Fe(Te,Se)单晶（英文）

无砷的铁硒基超导体Fe(Te,Se)在高场应用方面具有广阔的前景,但至今仍缺乏制备体超导块材的有效方法.本文通过微量的Mn掺杂,一步法直接合成了无间隙铁的厘米尺寸高性能体超导单晶.通过电阻、磁化率与比热表征,发现Mn掺杂浓度为1%时,样品具有最好的体超导电性,且上临界场和临界电流密度相比未掺杂时显著提高.最佳掺杂样品在2 K时自场下的临界电流密度高达4.5×10⁵A cm^-2,且在高场下衰减很小.利用扫描隧道显微镜观测,证实了微量锰掺杂有效消除了层间的间隙铁原子.本工作首次提供了一种大规模制备高性能Fe(Te,Se)超导块材的实用方法,为其未来高场应用奠定了基础.     

高临界电流密度的铌钛超导线

为了使 NbTi 50 超导复合线获得高的临界电流密度,我们详细地研究了 NbTi 50合金的熔炼方法,以及冷加工和热处理对临界电流密度的影响。研究结果表明:电弧——壳式熔炼方法所得铸锭可用来制取高临界电流密度的复合线,该工艺简便,原材料消耗少,合金组份均匀;冷加工和热处理是影响 NbTi 50复合线之临界电流密度的重要因素,要使NbTi 50复合线获得高的临界电流密度,冷加工和热处理必须交替进行。我们选择了合适的热处理,冷加工和最终冷变形量,结果使 NbTi 50多芯复合线的最高临界电流密度达3.9～4.1×10~5 A/cm~2(5T,4.2K)。     

日本超导材料的研制概况

本文介绍了1990年日本各有关超导材料研制单位的一些研究成果。1.长100m以上的铊系超导带状线材日立制作所和日立电线公司合作制成了镀银的铊系氧化物超导带状线材。采用了冲压和轧制相结合的加工方法:在保持线材的线芯超导部分的均匀性和控制陶瓷晶粒使之不能沿带材的纵向延伸的条件下,利用高密度化压延机,制成了100m以上的线材。使用10m长的线材绕成螺线管线圈,在液氮温度下可达到10000A/cm~2的临界电流密度。     

YBa2Cu3O7-δ薄膜的BaCl2/BaF2-MOD法制备及超导特性研究

传统三氟乙酸金属有机化学溶液沉积法(TFA-MOD)制备YBa₂Cu₃O_7-δ (YBCO)超导层,Ba倾向于与F结合,从而避免BaCO₃的形成。本工作开展了新型基于BaCl₂/BaF₂途径的化学溶液法生长YBCO超导薄膜的研究。重点研究了添加Cl对YBCO薄膜晶粒取向、微观结构和超导性能的影响,并通过生长反应的热化学计算,分析了BaCl₂途径YBCO薄膜的物相转变机制。结果表明:添加Cl有利于抑制a轴晶粒取向,促进c轴晶粒成核。添加Cl的YBCO双层膜起始转变温度(Tc-onset)没有明显变化,约为89.6 K,其临界电流密度(Jc)显著提升, Jc达到2.07 MA/cm²(77K,自场)。此外,生长反应过程的物相转变分析表明Cl优先与Ba结合形成BaCl₂,有效避免BaCO₃的形成。本研究结果表明:添加Cl对制备YBCO超导厚膜有促进作用,这为MOD法制备YBC...     

机械合金化合成高临界场Sm0.85Nd0.15FeAsO0.85F0.15超导体（英文）

通过采用机械合金化方法制备的高活性的粉体,可以高度可重复性地制备高质量的铁基超导材料Sm0.85Nd0.15FeAsO0.85F0.15.样品具有高临界温度Tc(约51 K)和高临界场Hc2(达到377 T).由WHH公式确定的Hc2显著高于常规固相方法制备样品的典型值(<200 T).高的临界磁场Hc2与样品微结构有很大关系.机械合金化处理的原始粉体包含大量的晶格畸变缺陷,在快速升温和低温退火制备的小晶粒陶瓷样品中这些缺陷会部分残留,因此形成有效的磁通钉扎,从而提高样品的临界场.     

YBa_2Cu_3O_(7～6)超导线材工艺参数对临界电流密度的影响的初步研究

用拉拔法制备了 Ag-YBa_2Cu_3O_(7-δ)复合超导线材。由于采用了特殊的工艺,使线材在空气中烧结并冷却即可成为超导线.改变热处理工艺参数(烧结参数 T_s、f_s 及冷却参数 r_c、Po_2等),对线材在液氮中临界电流密度随其变化的规律性进行了初步探索,讨论了线材 J_c 性能优化的关键因素。     

Y2BaCuO5粒子在准单畴Y-Ba-Cu-O超导块材中的分布及其对超导性能的影响

采用顶部籽晶熔融织构法制备了Y-Ba-Cu-O(YBCO)准单畴超导块材,研究了Y2BaCuO5(Y211)粒子在块材中的分布及其对临界电流密度(Jc)和磁悬浮力性能的影响.扫描电子显微镜(SEM)观察发现,Y211颗粒在准单畴超导块材中的分布是不均匀的.实验结果表明,Y211平均粒径的大小与样品的磁悬浮力和临界电流密度成反比,Y211相粒子在母体中的分布越均匀,粒子平均粒径越小,越有利于提高临界电流密度和磁悬浮力.对于φ20mm的YBCO单畴块材,磁悬浮力可以达到33N(77K,0.55T),临界电流密度达到6.6×104 A/cm2.     

Bi-2212高温超导线(带)材研究进展

Bi-2212超导材料是最具高场应用前景的超导材料之一.经过近20年的研究,多芯Bi-2212超导线(带)材的临界电流密度(Jc)和临界工程电流密度(JE)已达到工程应用要求,并已在国外实现了产业化生产.综述了近年来Bi-2212超导材料在成材技术、载流性能、应用方面的研究进展,分析了该类材料成材技术中的关键问题,并探讨了进一步提高Bi-2212超导材料实用性能的途径.     

磁体用超导材料(Ⅰ)

全俄博奇瓦尔无机材料研究院可制造不同类型尺寸的Nb3Sn超导材料.用"青铜工艺"制取的超导材料在12T磁场中的临界电流密度(无铜断面)达到800A/mm2,用"内锡法"制取的超导材料,这一指标达到2000A/mm2.     

高场磁体用Nb3Al超导线材研究进展

Nb3Al超导体的超导转变温度(Tc)和上临界磁场(Hc2)与Nb3Sn类似,但具有更好的应力应变容许特性和高场临界电流密度(Jc)。因此,被认为是下一代高场磁体应用的理想材料。目前国际上报道的Nb3Al超导线材单根长度可以达到2.6 km;在4.2 K和15 T条件下,Jc达到1 000 A/mm2;但是由于制备工艺的复杂性,目前仍然无法实现大规模工业化应用。首先阐述了Nb3Al超导材料的基本特性,如Nb/Al扩散间距小、二者硬度匹配性小和低温热处理导致Al含量偏离化学计量比等,以及由此带来的材料加工和热处理方面的难点;系统介绍了近年来针对Nb3Al超导长线性能提升,在前驱体制备工艺、热处理工艺和表面覆Cu工艺方面的研究进展,并对不同的工艺进行了比较分析,重点讨论了线材制备过程中存在的关键性难点问题;最后,对Nb3Al超导材料的发展趋势进行了展望。     

SiC掺杂对MgB2/Fe超导线材临界电流密度和显微结构的影响

利用原位粉末套管法制备出SiC微粉掺杂的MgB2-x(SiC)x2／Fe(z=0．00、0．05、0．10、0．20)超导线材。在750℃,流通高纯氩气的条件下热处理1h后,大部分SiC没有参与取代B位的反应。随着x的增大,线材中非超导相SiC和Mg的含量增加,MgB2的平均晶粒尺寸变小,从而使可作为磁通钉扎中心的晶界的面积相应增加。在外加磁场中,MgB2超导线材的临界电流密度(Jc)随x增大逐步升高,至x=0．10时Jc性能最好,其在6K,5T时的Jc达到了8480A／cm^2,比未掺杂线材的Jc高出约70％。但是,当x=0．20时,Jc却有所下降。Jc的这种变化规律与SiC掺杂引起的MgB2晶粒变小,以及非超导相物质含量之间的相互平衡有关,其中MgB2晶粒变小是Jc提高的主要原因。     

机械合金化工艺制备大块MgB2超导体

由德国德累斯顿金属材料研究所的约根·意科特领导的研究小组采用一种机械合金化工艺制备了具有高临界电流密度的大块MgB2超导体,这种超导体在20K,1T磁场下临界电流密度为10000A/cm2,并具有较高的不可逆场.他们认为,由于在这种材料中含有直径大约为40nm～100nm的球形晶粒,并存在大量的晶界,因此改善了磁通钉扎特性,提高了临界电流密度.     

溶胶-凝胶法制备YBa2Cu3O7材料的结构与性能特点

用溶胶-凝胶法制取的Y-Ba-Cu-O粉体作为原料,压制成型并经960℃高温烧结及缓慢冷却,可以制备得到高温超导的YBa2Cu3O7样品,其超导临界转变温度为92K,无外磁场的液氮温度条件下的临界电流密度为400A/cm2.交流磁化率的测试说明样品具备较好的抗磁性.     

NbTi超导线材的研究与发展

讨论了NbTi/Cu超导线材的应用范围及其特性,介绍了NbTi/Cu超导线材的传统制备工艺和人工钉扎中心制备工艺,以及这两种工艺生产的NbTi/Cu超导线材的临界电流密度和商业化生产NbTi/Cu超导线材对加工工艺的要求.NbTi/Cu超导线材是目前应用最广的一类超导材料,为了满足超导磁体工作的安全性要求,大铜比NbTi/Cu超导线材的制备工艺和6.5K下NbTi/Cu超导线材的性能将是NbTi/Cu超导线材今后的研究方向之一.     

连续致密 Bi 系/Ag 基超导复合带的制备

用电流加热熔化涂层法制备出结构致密、涂层均匀的 Bi 系/Ag 基超导复合带。条带可连续制备,且有较强的抗弯曲性能,在3mm 弯曲半径下不出现裂纹。热外理后样品的扫描电镜(SEM)形貌分析、EDAX 成分分析及表面 X 射线衍射结果表明,复合带界面结合紧密,超导层结构致密,成分均匀,而且组织有明显的织构特性。经860℃,50h 处理的样品,在零磁场、77K 下,临界电流密度为2.2×10~2A/cm~2。     

不同热处理制度对NbTiTa超导线材性能的影响

通过调整超导线材的最终附加应变、时效热处理时间和时效热处理温度3个参数来提高NbTiTa超导线材的J_c性能.在法国国家高场实验室通过标准四引线法,在4.2K、0～11T的磁场中测量了线材的临界电流.结果表明,适度升高时效热处理温度、延长时效热处理时间、增加最终附加应变,有益于提高NbTiTa超导线材的临界电流密度.经4次时效热处理385~C×(40～70)h,最终附加应变从2.5增加到3.5,Φ1.25mm超导线材的J_c在4.2K、8T下达到777A/nm~2,与国外文献报道的J_c值相当.