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氧化鎳超導體

生活 更新时间:2025-01-31 01:27:06

氧化鎳超導體(銅氧化物超導體成材的科學技術之二)1

粉末裝管法(PIT)是最常用的而且取得最好效果在制備BSCCO系超導線上。它是将适當配比的BSCCO粉末, 均勻、緻密地裝到銀管中,然後經過拉拔(或鍛造)使它成為所要求的形式(線材或帶材),再進行一次或多次軋制、壓制和熱處理,便能得到高質量的Bi系帶材。77K, OT下Jc~6.6×104A/cm2。圖2-23是PIT法工藝流程。

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  在這形變、熱處理中晶粒沿a-b面擇優解理并取向排列。這涉及多方面材料科學技術問題。Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O系統的相圖是很複雜的,實際成份和理想的分子式有較大的變化,各個超導相也不穩定,容易形成多個雜相并存的局面,因此“原始”的粉料的成份、粒度等便是一個很有考究的問題。形變熱處理對成相和形成織構都有許多需要認真對待的問題,氧化物原始厚度、均勻性、變形速率等因素都要優化,另外超導相和管壁的相互作用,氧的擴散、熱處理過程、裂紋的産生等,都要加以考慮。實踐證明,對于铋系2212相的帶子, 熱處理工藝應該利用部分熔化熱處理過程, 這中間有Bi-2212相的分解和再形成的過程。而對Bi-2223帶子, 則宜用反複的軋制和燒結過程, 在燒結熱處理過程中, 氧化物層中出現了複雜的相變過程。無論是Bi(2212)還是Bi(2223)複銀超導帶材, 在4.2K情況下, 都有很好的臨界電流密度(Jc)的特性, 在高的磁場情況下的電磁性能顯著比傳統的超導材料NbTi, Nb3Sn好。目前已研制出2.6特斯拉铋系超導磁體(4.2K), 确實令人鼓舞。

多芯Bi-2223/Ag帶材作為高溫超導材料在強電方面應用的首選材料,現将它的制備方法作簡單叙述.粉末裝管法(PIT)是較通用的方法.包套材料采用純銀或銀-錳,銀-鎂-鎳等合金管,要求銀管無裂紋,氣孔而内外表面光滑;化學原料Bi2O3,PbO,SrCO3,CaCO3,CuO的純度為分析純.料粉的化學計量Bi:Pb:Sr:Ca:Cu~(1.75-1.85):(0.32-0.34):(1.81-1.93):(1.94-2.06)(2.91-3.09) ,料粉加工方法有固相法和雙粉法,為使粉體均勻,細化更有活性而采用硝酸鹽噴霧熱分解和草酸鹽共沉澱等方法.然後将粉體裝入銀管(PIT)或将其以等靜壓方法制成棒裝入銀管(SIT)此時銀管中料體的充裝密度約為3.0-4.0g/cm3.裝粉體的銀管經拉拔最後拉成正六角形棒材,根據要求将7,19,37,或61根…..六角型材再次裝入銀管,這就是制備多芯Bi-2223/Ag帶材的原棒材.棒材經退火處理,每次減徑~10%,拉拔到Φ1.5-1.8mm,最後經Φ200-300 mm軋機逐步軋制成多芯Bi-2223/Ag帶材, 帶材的尺寸~2.0 mm *3.0 mm.為了獲得高性能的多芯Bi-2223/Ag超導帶材,帶材的熱處理過程是十分重要的. 多芯Bi-2223/Ag帶材熱處理工藝特點是兩次熱處理中間加一次軋制工藝,第一次熱處理工藝參數是在空氣氣氛中,830-835°C/30-40h, 第二次熱處理工藝參數熱處理時間為120-150 h, 軋制工藝帶材減薄為~30%.此外, 帶材的熱處理也可以采用低氧壓熱處理工藝,即7.5-10%氧和92.5-90%氮或氩的氣氛中, 熱處理溫度比在空氣氣氛中低~15°C, 熱處理時間也比在空氣氣氛中短~20 h.經熱處理後多芯Bi-2223/Ag帶材的臨界電流密度達104A/cm2,達到實用要求.

在比較成熟PIT法基礎上,派生出金屬化前驅物法(MP)和氧化物粉末裝管法(OPIT)。這是制備多芯高溫超導線的有效方法。MP法的工藝流程:先将各種金屬粉末通過機制合金化法制成均勻的合金粉末(即前驅物);裝入銀管中,形成多股金屬化前驅物/銀的複合線;合金複合線被氧化成亞氧化物相,再次氧化成超導相;将超導相/銀線材拉拔、燒結得到多芯複合超導線。用該法制備的10000芯超導線,單芯性能偏差在0.6%以下。是一種有前途的方法

  為了高溫超導材料實用化,有許多新的成材工藝相繼出現。如熔體裝管法,采用帶钯塗層襯的銅管代替銀管,可使生産成本下降,便于工業規模生産。還有借助薄膜制備方法制備窄的超導帶(線)材,如MOCVD法,激光加熱法等。

  下面簡單介紹一下刮帶法制備超導帶的工藝。圖2-24中一種制備超導厚膜帶的流程,這種工藝簡單,但不适宜強電應用中材料的制備。

  

氧化鎳超導體(銅氧化物超導體成材的科學技術之二)3

  

總而言之,圍繞高Tc銅氧化物超導體的實用化目标,從材料科學的角度,已經做了大量研究工作,也取得了相當的進展,但是距離真正能滿足實用的要求,還有大量的工作要做。

  在這節結束之前,想講一下超導單晶。要研究高溫超導體物理性能,隻有用超導單晶,才能反映出本質的特征。否則所測得數據往往由于樣品的不同,使數據十分離散。但至今單晶體的生長技術仍沒重大的突破,主要的幾種高溫超導體YBCO,BSCCO和TBCCO的單晶不論是在質量和尺寸上都不能滿足物性研究的需要, 所以高溫超導單晶體生長技術仍是急待解決的關鍵技術之一。

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