J_c-B Characteristics and Microstructure Dependence of J_c of High J_c Bi-based Superconducting Oxide Tapes

Bi-based 2223 superconducting tapes with high critical current densities were prepared by silver-sheathingmethod.The relationship between processing,microstructure and property was discussed.The results of criti-cal current density measurement at 77.7 K with different applied magnetic field are as follows:j_e=2.87×10~4A/cm~2(OT),J_e=4100 A/cm~2(H I.H||S.1T)and J_e-B characteristics are obviously improved withtemperature decreasing from 77 K to 4.2 K.Microstructtlre observations indicate that intermediate pressingwith subsequent heat-trcating could lower the porosity of superconductor inside the silver sheath,and reducethe amount and size of non-superconducting phases,leading phases,leading to the formation of a strong c-axis-orientedtexture,and the emergence of high dislocation density within the 2223 grains,and consequently the J(?)andJ_e-B characteritics were improved.     

Preparation,Microstructure and Properties of Ag-sheathed Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O Superconductor Tapes

The process to obtain high T(110K)phase quickly,the microstructure and properties of Ag-sheathedBi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O superconductor tapes have been studied.It was found that the formation time of the highT_c phase was greatly shortened by the addition of more Ca and Cu to the nominal composition of Bi(Pb):Sr:Ca:Cu=2:2:2:3 and the adoption of appropriate sintering temperature and cooling rate.Superconductor powder with predominant high T,phase was prepared after a 840 C/50 h treatment.The Jof the Ag-sheathed tapes and the magnetic field dependence of Jwere obviously improved by repeatedly pres-sing and sintering.The maximum transport current density at 77K in a zero magnetic field was 12,200 A/cm~2.The magnetic dependence of Jwas summarized as follows:6.450 A/cm~(2)(B⊥1.B∥S.0.1T)1,810 A/cm~2(B⊥1.B∥S,1T),390 A/cm~2(B⊥1.B∥S,2T)(B:magnetic field.1:electric current.S:surface of tapes).Theimprovement of Jwas attributed to the formation of the plate-like structure with homogeneous compositiondistribution and the strong c-axis texture.     

Effects of Cold Working and Annealing on the Microstructure and Critical Current Density of Ag-sheathed BiPbSrCaCuO Superconducting Tapes

Ag-sheathed BiPbSrCaO(2223)superconducting tapes prepared by the powder-in-tube technique wereinVeSgated. The Mswt of M layCr and the Jc at 77 K are spengly dspendent on the amouDt ofcold wotheg and annchg condition. The Jc bo by uhahal tw aha drawing and rolling. TheOPbown annwtg theperawt, boe and coohag de tO madrihe Jc vaiueS were in the range 84()-- 850t,1bo~2bo h and 50-- loot / h, nyhvejy. The mndum tuSPOrt Jt at 77 K under zero mopetic field wasl.33 x l04 A / cm2.     

Properties and Microstructuresof Three Kinds of Silversheathed Bi-2223 Tapes

ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＴｈｒｅｅＫｉｎｄｓｏｆＳｉｌｖｅｒｓｈｅａｔｈｅｄＢｉ－２２２３ＴａｐｅｓＺｅｎｇＲｏｎｇ；ＺｈｏｕＹｉｒｕ；ＹｅＢｉｎ；ＺｈｏｕＭｉｎ；ＺｈａｎｇＪｉａｎｇｕｏ（曾荣）（周贻茹）（叶斌）...     

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。     

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)。     

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。     

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。     

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。     

新型时效热处理工艺对多芯NbTi超导线材微观组织和临界电流密度的影响

本文以高均匀性Nb47Ti合金棒和高纯无氧铜为原材料,制备了铜比1.3,630芯的NbTi/Cu超导线。提出了一种新型时效热处理工艺“短时预时效热处理+高温长时间时效热处理”,即“405℃/3h + 405℃/3h + 420℃/20h + 420℃/40h + 420℃/80h”工艺,该工艺可显著提高NbTi超导线材的临界电流密度,较普通热处理艺线材提高近17.5%,最高可以达到3208A/mm2。足够的预时效次数（2次）才能使基体中析出足够多的α形核数量,进而才能在较大的最终应变下显著提高临界电流密度。此外,在4.64,5.35,6.25三种预应变条件之下,临界电流密度达到峰值的最终应变都集中在5.0~5.2之间,即,必须将最终应变控制在5.0~5.2。该新型工艺已经应用于大批量生产中,线材各种性能稳定,得到客户的一致认可。     

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。     

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。     

{001}LaAlO_3衬底上沉积YBa_2Cu_3O_（7-x）薄膜的HRXRD研究

采用脉冲激光沉积技术（PLD）在{001}LaAlO3（LAO）衬底上生长YBa2Cu3O7-x（YBCO）薄膜,并通过极图、摇摆曲线以及倒易空间图谱等高分辨X射线衍射技术（HRXRD）对其微结构进行表征。结果表明,YBCO薄膜的晶粒取向主要为{001}YBCO//{001}LAO,〈100〉YBCO//〈100〉LAO,但还有2%的{001}YBCO//{001}LAO,〈110〉YBCO//〈100〉LAO取向。摇摆曲线结果表明,YBCO的面外取向有一定的漫散（宽度为0.75°）;薄膜面内存在90°±0.65°〈110〉孪晶畴结构,主要是由四方到正交的相变过程中较大的局部应力以及〈100〉和〈010〉方向应力差异引起的。     

热挤压工艺对反应合成AgSnO2材料显微组织的影响

采用反应合成和热挤压方法制备出新型AgSnO2电接触材料.利用金相显微镜和扫描电镜研究了反应合成法制备的AgSnO2材料热挤压前后的显微组织,分析了挤压速度、挤压模具等工艺条件对AgSnO2挤压线坯显微组织的影响,计算了采用平模挤压和45°锥模挤压的等效应力分布值,探讨了锥模挤压改善AgSnO2加工性能的机理.发现快速挤压使AgSnO2锭坯产生严重的径向不均匀变形,导致SnO2沿径向不均匀分布;而慢速挤压得到较均匀分布的SnO2,有利于AgSnO2力学性能的提高.研究还发现采用45°锥形模挤压,出模口应力梯度较小,有利于改善AgSnO2丝材的后续加工性能.在本研究的基础上,得到比较合理的AgSnO2挤压工艺.     

无压烧结Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合陶瓷的组织结构与性能

以Ca_3(PO_4)_2和Si_3N_4为原料,采用无压烧结的方法制备Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4系列复合陶瓷.复合材料中Ca_3(PO_4)_2能与Si_3N_4稳定共存,烧结后未发现有新相生成.随着烧结温度的提高,复合材料的致密度和β-Si_3N_4的相对含量也随之升高,柱状β-Si_3N_4晶粒的生长更加充分,晶粒相互搭接、交织.复合陶瓷的力学性能随着烧结温度的提高而升高,1700 ℃无压烧结复合材料的抗弯强度达到547 MPa,断裂韧性达到7.3 MPa·m~(1/2),从断口照片中可以观察到β-Si_3N_4晶粒的拔出和桥联作用.通过加热试样并在水中骤冷后测弯曲强度的方法,表明Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合材料具有良好的抗热震性能.     

AB_2型Laves相Mg(Cu_(1-x)Al_x)_2的制备及表征

采用机械活化+热爆法制备AB2型Laves相Mg(Cu1-xAlx)2(0≤x≤0.35),并对热爆产物进行XRD、EPMA、SEM和DSC分析。结果表明:MgCu2中的部分Cu被Al替代,晶体结构并不发生改变,主相是MgCu2型λ1相。随Al替代量的增加,λ1相的点阵常数逐渐增大,整个XRD衍射峰向低角偏移增大,致密度逐渐提高,晶粒尺寸减小,点阵畸变增大。随Al替代量的增加,λ1相的熔点先升后降,当化学计量比为Mg2Cu3Al(x=0.25)时,熔点达最高,约为910℃,比MgCu2的熔点(约797℃)高113℃,说明用轻质、抗氧化性能高的Al元素进行合金化,能够使C15结构的AB2型Laves相的热稳定性提高,其中Mg2Cu3Al是更具开发潜力的化合物。     

SnO_2颗粒大小对Ag/SnO_2(10)材料组织与性能的影响

采用机械混粉、冷等静压成形、烧结、热挤压、轧制、拉拔、中间热处理等工艺集成的粉末冶金方法制备了3种含有不同平均粒径的SnO_2的Ag/SnO_2(10),探讨了SnO_2颗粒大小对Ag/SnO2(10)显微组织、密度、力学性能和电学性能的影响。结果表明,SnO_2粉末越细,表面活性越高,越容易团聚。脆性相SnO_2在加工过程中有破碎现象。随着SnO_2颗粒尺寸的减少,材料的密度、抗拉强度、硬度和电阻率逐渐上升。     

电压引线距离对Bi2223/Ag带材I_c和n值测量结果的影响

研究了采用四引线法测量Bi2223/Ag带材的Ic和n值时,电压引线距离对测量结果的影响。实验结果表明,对于同一根Bi2223/Ag带材,在不同的电压引线距离下,采用四引线法测得的Ic和n值(尤其是最小值)结果不同;n值弱点对带材端对端n值的影响比Ic弱点对带材端对端Ic的影响更大;对于百米量级的长带,通过测量带材端对端以及抽样短样的Ic和n值,很难检测出弱点,必须采用四引线法在较小的电压引线距离下逐段检测或者采用非接触连续磁测法进行检测。     

加工工艺对高性能铜合金组织和性能的影响

在真空感应炉熔炼得到Cu-0.2Cr-0.1Ag合金,研究了该合金在不同加工条件下的组织、强度和导电性变化.研究表明,通过固溶强化、时效强化和形变强化等手段的配合,可以获得高强度、高导电性的Cu-0.2Cr-0.1Ag合金.固溶、时效处理后的合金导电率达91%IACS,伸长率为37.4%.在固溶后加入冷变形,然后再时效,可以使强度提高84 MPa,而导电率不发生变化,再继续冷变形可以使强度提高到556 MPa.