Ag超導(dǎo)單疇塊材的研究

1、同質(zhì)冷籽晶技術(shù)生長SmBCO/Ag超導(dǎo)單疇塊材的研究論文導(dǎo)讀:：但SmBCO或NdBCO籽晶并不容易獲得。用NdBCO冷籽晶技術(shù)來生長Ag摻雜的SmBCO超導(dǎo)單疇塊材。圓形單疇是從Sm211緩沖層局部切割的。論文關(guān)鍵詞：SmBCO，Ag摻雜，Sm211緩沖層，同質(zhì)生長1引言輕稀土高溫超導(dǎo)單疇塊材LReBaCuO，Re=Nd、Sm、Gd具有獨特的自穩(wěn)定磁懸浮性能和強大的磁場捕獲能力，在超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)飛輪等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。頂部籽晶熔融織構(gòu)TSMTG【3】和頂部籽晶熔滲法TSIG【4】一直是生長超導(dǎo)單疇塊材的兩種重要技術(shù)手段。但無論哪種方法，缺乏適宜的籽晶是目前面臨的共同困難之一。就制備G

2、dBCO超導(dǎo)單疇塊材為例，我們通常選用與其晶格相似的SmBCO或者NdBCO作為籽晶【5】，但SmBCO或NdBCO籽晶并不容易獲得。最先，大局部研究人員都是采用MgO單晶作為籽晶，來引導(dǎo)生長輕稀土RESm,NdBCO超導(dǎo)單疇塊材，然后再從塊材解理出可用的RESm,Nd)BCO籽晶。但由于MgO單晶與REBCO之間的晶格匹配度不高，往往很難引導(dǎo)生長出織構(gòu)理想的輕稀土超導(dǎo)塊材。為了克服籽晶對超導(dǎo)單疇塊材制備的不利影響，各種新的技術(shù)方案得到了開展。第一，尋找高熔點且晶格匹配的適宜籽晶。Cardwell研究小組開展了通用籽晶技術(shù)【6】，通過在RESm，Nd)BCO中摻Mg,發(fā)現(xiàn)能夠明顯提高籽晶的熔點

3、，從而引導(dǎo)輕稀土超導(dǎo)塊材的生長。薄膜籽晶技術(shù)也成功得到開展，通過在MgO單晶上沉積REBCO薄膜，獲得熔點較高的薄膜籽晶，Yao.xin研究小組運用熔點高的SmBCO薄膜籽晶【7】，已經(jīng)成功制備出YBCO,GBCO單疇塊材。第二，同質(zhì)籽晶生長，即運用和坯體成份一樣的籽晶生長超導(dǎo)單疇塊材。理論上講，同質(zhì)籽晶生長技術(shù)中物理論文，籽晶和坯體的晶格結(jié)構(gòu)完全匹配，能生長出織構(gòu)非常理想的超導(dǎo)單疇塊材。但一般這種方法都結(jié)合熱籽晶技術(shù)，由于在高溫下籽晶會熔化，熱籽晶技術(shù)可以在快到達坯體包晶分解溫度時才放入籽晶，從而防止籽晶的熔化。早期，Cardwell用不含Mg的NdBCO籽晶，結(jié)合熱籽晶和低壓氧技術(shù)，成功制

4、備出NdBCO超導(dǎo)單疇。M.Oda運用SmBCO薄膜籽晶，結(jié)合低壓氧技術(shù)成功生長出直徑達36mm的SmBCO單疇塊材。但熱籽晶和低壓氧技術(shù)，往往對設(shè)備要求較高，操作過程復(fù)雜，不利于低本錢的批量化生產(chǎn)論文參考文獻格式。我們研究小組一直致力于空氣中冷籽晶技術(shù)的研究，通過頂部籽晶熔融織構(gòu)法，首先，在樣品坯體中間放置籽晶，籽晶ab面要和坯體上外表平行，引導(dǎo)熔體按照一定的取向凝固生長；然后，將Sm123和Sm211的混合坯體快速升溫，溫度超過Sm123的包晶分解溫度，并且保持一段時間，保證Sm123能完全分解，其次，快速降溫到Sm123的包晶分解溫度附近，開始緩慢的降溫生長。由于籽晶與坯體接觸外表具有較

5、低的界面能，當(dāng)過冷度到達一定程度時，籽晶外表將先成核，然后外延生長。通常選取的籽晶都具有c軸取向，單疇沿a,b方向的生長速率一樣，但大于c方向的生長速率，最后長出的單疇在ab面會產(chǎn)生四條正交的發(fā)射狀徑線，在c方向上具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)。在前期研究中，我們研究小組通過這種頂部籽晶熔融織構(gòu)法TSMTG，用NdBCO冷籽晶技術(shù)來生長Ag摻雜的SmBCO超導(dǎo)單疇塊材，成功制備了邊長達15mm的SmBCO超導(dǎo)單疇塊材。但NdBCO籽晶并不容易獲得，通常是從生長的多晶塊材解理出可用的籽晶，這樣獲得的NdBCO籽晶，無論是織構(gòu)取向，還是微結(jié)構(gòu)，都很難保證具有較高的品質(zhì)，需要花費很大的精力，仔細的挑選才能得到適

6、用的籽晶。于是，我們嘗試用SmBCO籽晶生長SmBCO單疇本體。以前的研究說明，Ag能有效降低坯體的包晶分解溫度，如果摻銀含量到達5%及以上，SmBCO摻銀坯體的包晶分解溫度比SmBCO本身的包晶分解溫度低20以上。這說明，可以嘗試用SmBCO籽晶，來引導(dǎo)生長SmBCO/Ag坯體物理論文，實現(xiàn)SmBCO單疇的制備。但同時我們發(fā)現(xiàn)，即使使用NdBCO作為籽晶，在明顯低于NdBCO包晶分解溫度下，有時也會發(fā)生籽晶的局部熔融，這主要是由于坯體在熔融狀態(tài)下，富Ag液相向籽晶擴散引起的。為了克服這個問題，保證SmBCO籽晶在熔融織構(gòu)過程中不被熔化，我們通過在籽晶和坯體之間參加一個SmBCO211緩沖層，

7、阻止下面坯體里面的Ag向籽晶內(nèi)部擴散，從而防止籽晶的熔化。通過這種方法，我們成功的用SmBCO冷籽晶技術(shù)制備了SmBCO超導(dǎo)單疇塊材。2實驗將高純度的 Sm2O3、BaCO3、CuO 粉末分別按Sm: Ba: Cu = 1: 2: 3和2: 1:1的摩爾比稱量,然后放進料桶，在球磨機上球磨5h,得到相應(yīng)的預(yù)燒粉。將SmBCO123預(yù)燒粉置于自動控溫箱式爐中，在空氣中分別燒結(jié)兩次，第一次在950燒結(jié)30小時，將燒結(jié)后得到的塊體敲碎并研磨成細粉，再進行第二次燒結(jié)。第二次在970燒結(jié)10小時, 兩次燒結(jié)可以使固相反響充分。對Sm211預(yù)燒粉那么在970進行一次燒結(jié)10小時即可，因為燒結(jié)時間過長會導(dǎo)致

8、Sm211相粗化。所有的前驅(qū)粉都經(jīng)過XRD測試，物相純度較高，這樣就得到了適宜的SmBCO123和SmBCO211前驅(qū)粉。原始的Sm211前驅(qū)粉經(jīng)過細化才能使用，將Sm211粉體分散在無水乙醇中，參加適量的氧化鋯球，球磨4小時后烘干，就可以裝瓶使用。將前驅(qū)粉Sm123和Sm211按照1：0.3的摩爾比稱量，另外參加0.5%的CeO2及5%Ag2O,參加CeO2的目的是為了限制Sm211在熔融織構(gòu)過程中變粗，Ag2O的參加一方面可以降低坯體的包晶分解溫度，另一方面可以增加單疇的機械性能。四種粉體經(jīng)過球磨混合均勻后，用單軸模具壓兩塊直徑25mm ，厚約6mm的圓盤狀坯體，另外用SmBCO211前驅(qū)

9、粉體壓一個直徑12mm,厚度約1.6mm的緩沖層。將緩沖層放到坯體上外表中間位置，然后將SmBCO籽晶放在緩沖層上外表。為了比照，另外一個坯體上面直接放SmBCO籽晶，如圖1所示。整個實驗采用性質(zhì)相同的籽晶，用相同的溫度程序放在立式高溫?zé)Y(jié)爐中進行熔融生長，溫度程序如下，先快速升溫到950，再保溫4小時，然后快速升溫到1046,保溫一個小時，再溫度快速下降到包晶反響溫度，進入慢冷生長階段。以0.25/h的速度下降，最后，樣品隨爐冷卻到室溫。生成的樣品在400下通氧退火處理100-200h。 (a) (b) 3結(jié)果與討論圖2是生長出的SmBCO 單疇塊材形貌。從圖2a，能清晰的看見直徑12mm的

10、圓形緩沖層上有四條徑線，并且這四條經(jīng)線延伸到坯體，下面坯體的單疇范圍到達了15mm，這些都說明塊材得到成功織構(gòu)。但Sm211緩沖層的邊緣白色局部并沒有長滿SmBCO123單疇，這可能是由于單疇在生長過程中，211相不斷被推到邊緣物理論文，而坯體沒有足夠的液相滲透到緩沖層邊緣，造成邊緣根本都是211相，難以形成Sm123相。并且當(dāng)緩沖層上的單疇快長到邊緣前，單疇的生長已經(jīng)向下面坯體延伸了，此時坯體中單疇的生長成為了主要局部，緩沖層邊緣單疇生長缺乏動力。進一步觀察圖a中籽晶，沒有發(fā)現(xiàn)任何熔融跡象。這說明Sm211緩沖層確實阻止了Ag向籽晶的擴散。而從圖b看出，中間四條白色線圍成的區(qū)域就是一個方形的

11、籽晶，但籽晶邊緣重新長出了黑色的SmBCO123單疇，從籽晶上外表的邊緣向中間生長。這說明Ag已經(jīng)擴散到籽晶上面，造成了籽晶的局部熔化，籽晶發(fā)生了局部重構(gòu)。從圖中還清晰看出，坯體單疇區(qū)域的左側(cè)面積明顯小于右側(cè)面積，并且左側(cè)旁邊出現(xiàn)一個比擬大的自發(fā)成核，這可能跟籽晶左側(cè)熔化得更多，破壞得更嚴重有關(guān)，籽晶沒有起到很好的引導(dǎo)生長作用論文參考文獻格式。因為觀察籽晶的上外表，發(fā)現(xiàn)籽晶左測邊緣重構(gòu)的區(qū)域明顯大于右側(cè)邊緣，這直接說明了籽晶左邊熔化得更嚴重一些。Ag擴散到籽晶，造成籽晶局部熔融，出現(xiàn)熔融局部左右不對稱的，可能是由于Ag擴散到籽晶里面，出現(xiàn)了空間分布不均勻，Ag含量相對較高的局部，包晶分解溫度會

12、更低，熔化得更快，破壞得更嚴重。圖3是從具有緩沖層的SmBCO單疇塊材中切割下來的單疇區(qū)域。方形單疇是從坯體局部切割的，邊長大約15mm；圓形單疇是從Sm211緩沖層局部切割的，直徑大約12mm。圖4 所示坯體單疇局部的XRD圖像。從XRD圖譜可以看出，只有0，0，L)峰的出現(xiàn)，說明塊材具有明顯的C軸取向，織構(gòu)良好。圖5 從邊長為15mm的SmBCO超導(dǎo)單疇切割的小試樣的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度曲線，SmBCO超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度到達了91.4K，說明單疇具有比擬好的超導(dǎo)電性。圖6 坯體單疇局部的微結(jié)構(gòu)形貌。為了進一步研究用Sm211緩沖層制備的SmBCO單疇塊材的微結(jié)構(gòu)，用HITACHI SU-1510鎢燈絲掃

13、描電鏡觀察了坯體單疇一小塊試樣的SEM圖像。圖6是放大倍數(shù)為4000倍的SEM圖像，從圖像可以看出Sm211相分布比擬均勻，最粗的211大約是3um左右，同時看見比擬多的孔洞，孔洞較多的SmBCO單疇，一般具有較差的機械性能，限制了其直接作為塊材的工程應(yīng)用，但仍然可以切割為籽晶，引導(dǎo)YBCO單疇生長。但可以預(yù)見，這樣的SmBCO籽晶直接引導(dǎo)SmBCO/Ag坯體生長時，如果孔洞較多較大物理論文，會導(dǎo)致坯體里面的Ag很容易滲透到籽晶內(nèi)部，而Ag會降低REBCO的包晶分解溫度，這樣就促使SmBCO籽晶在低于本身包晶分解的溫度時發(fā)生局部熔融，影響塊材的織構(gòu)生長。在這種情況下，參加一個Sm211緩沖層就顯得更加重要，緩沖層恰好能夠起到一個隔離作用，阻止下面坯體里面的Ag向籽晶內(nèi)部擴散，從而防止籽晶的熔化，確保在整個熔融過程中，籽晶保持原來的晶體結(jié)構(gòu)。4結(jié)論本文嘗試了用SmBCO冷籽晶技術(shù)生長Sm