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。     

Na掺杂对Bi-2212高温超导体性能的影响（英文）

采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了Na掺杂的Bi_(2.1)Sr_(1.96)Ca_(1-x)NaxCu_(2.0)O_(8+δ)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。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。结果表明: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Bi_2Sr_2CuO_6 (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,可在高场条件下获得体系性能的改善。     

增强芯丝密度对Bi-2212高温超导带材性能的影响（英文）

采用共沉淀工艺制备Bi-2212前驱体粉末,并通过粉末装管法(PIT)制备了Bi-2212单芯带材。通过对装管粉末颗粒尺寸的控制,分别获得了具有不同芯丝密度的带材,并对其所引起的超导带材的微结构和超导载流性能的变化进行了系统的分析。SEM照片显示,前驱体粉末是由3~5μm的初级颗粒组成的,但是由于烧结过程中发生硬团聚,有大量的大尺寸团簇颗粒产生,颗粒尺寸由10到180μm不等。通过过筛将前驱体粉末按照颗粒尺寸分为4组,分别进行装管。结果表明,随着平均颗粒尺寸的减小,在冷加工和热处理过程中带材的芯丝密度均有明显增加。因此最终带材的晶间连接性较强,从而获得带材载流性能较高。本研究可以作为装管工艺优化的一个重要理论依据,为Bi-2212超导线材性能的进一步提高奠定基础。     

增强芯丝密度对Bi-2212高温超导带材性能的影响

采用共沉淀工艺制备Bi-2212前驱体粉末,并通过粉末装管法(PIT)制备了Bi-2212单芯带材。通过对装管粉末颗粒尺寸的控制,分别获得了具有不同芯丝密度的带材,并对其所引起的超导带材的微结构和超导载流性能的变化进行了系统的分析。SEM照片显示,前驱体粉末是由3~5微米的初级颗粒组成的,但是由于烧结过程中发生硬团聚,有大量的大尺寸团簇颗粒产生,颗粒尺寸由10微米到180微米不等。通过过筛将前驱体粉末按照颗粒尺寸分为四组,分别进行装管。结果表明,随着平均颗粒尺寸的减小,在冷加工和热处理过程中带材的芯丝密度均有明显增加。因此最终带材的晶间连接性较强,从而获得了带材载流性能较高。本研究可以作为装管工艺优化的一个重要理论依据,为Bi-2212超导线材性能的进一步提高奠定基础。     

热处理气氛对(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Oy超导带材晶粒尺寸及相组成的影响

采用粉末装管法(PIT)制备(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Oy(Bi-2223)超导带材,通过X射线衍射仪、扫描电镜研究热处理气氛对Bi-2223晶粒尺寸、结晶度及相组成的影响.研究结果表明:采用空气热处理有利于Bi-2223晶粒的长大;采用7.5%O2-Ar气氛热处理带材中存在较少的非超导相,且Bi-2223的结晶度较高;通过一种复合气氛热处理(热处理过程中使用两种气氛),带材Bi-2223晶粒尺寸较大且非超导相较少.工艺优化后最终带材的临界电流密度超过20000A/cm2(自场,77K).     

喷雾热解与共沉淀法制备高性能线材用Bi-2212粉末的中间相演变对比研究

采用喷雾热解和共沉淀工艺分别制备了Bi₂Sr₂CaCu₂O_8+δ (Bi-2212)前驱粉末,研究了Bi-2212前驱粉的中间相演化过程。与共沉淀工艺相比较,喷雾热解工艺提高了前驱粉末中Bi-2212晶粒的相转变效率;而且喷雾热解后粉末中残留的硝酸盐对Bi-2212晶粒的生长影响较小,共沉淀后粉末中残留碳酸盐会阻碍Bi-2212晶粒的形成。采用喷雾热解法制备的Bi-2212线材的性能与采用传统共沉淀工艺法制备的线材性能相近,但喷雾热解工艺的制备效率更高。因此,采用喷雾热解制备前驱粉末有助于实现Bi-2212线材的大规模生产。     

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。     

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（英文）

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不同Cu含量所引起的相演变过程的变化进行了系统分析。结合浸涂法和粉末装管法制备了Bi-2212厚膜及单芯线材。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。     

（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。     

“双粉法”制备Bi—2223／Ag带材中CaCuO2最佳含量的确定

采有“双粉法”制备Bi-2223/Ag带材,通过对2212和CaCuO2的不同配比研究,确定了双粉法中CaCuO2的最佳含量,实验结果表明：当前驱粉中CaCuO2相过量5%时,带材的临界电流密度比CaCuO2无过量时高10%左右。这主要是因为在反应过程中,过量的CaCuO2会提供较丰富的液相,促使2212→2223转变过程进行得更彻底。且转变速度提高;但过量值较大（10%～15%)时,过多的液相会导致杂相的偏聚,大尺寸的杂相粒子使其周围的2223相织克构度,晶粒连接性较差,带材的临界电流密度下降。     

前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响研究（英文）

主要研究了前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响。通过调整溶液浓度和机械球磨,采用喷雾热分解方法制备了3种不同粒度的前驱粉(8,2,1μm)。3种粒度的前驱粉经热处理后的相组分均为Bi-2212,(Sr,Ca)_xCu_yO_δ(AEC)和CuO。研究发现,AEC相的尺寸和含量均随着前驱粉粒度的减小而增加。在平均粒度为2μm的前驱粉中,CuO相的含量和大小均为最小。采用这3种不同粒度的前驱粉制备的37芯带材,前驱粉平均粒度为2μm的带材具有最高的临界电流,同时相对于另外两根带材,该带材中有最高的Pb-3221相和最少的AEC含量。研究结果表明,前驱粉粒度的大小主要影响了前驱粉中AEC和CuO两种相的大小和含量,进而导致了所制备带材的临界电流及芯丝中非超导相的变化。     

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。     

热处理初期的BSCCO带材中非晶相TEM研究

通过透射电镜(TEM)观察经不同时间热处理的BSCCO带材淬火样品,研究了影响液相形成的两个微观过程:一个微观过程是在热处理初期,含铅相Ca2PbO4与Bi-2212相作用溶解进入液相,这一过程符合液相生成的机制;另一个微观过程是包套材料Ag有助于液相形成,少量Ag经液相扩散进入陶瓷芯内部,并沉淀析出。在陶瓷芯内部少量析出的Ag周围的Bi-2223相晶粒内含有较多面缺陷,这样的缺陷在若干纳米量级,有利于Bi-2223的磁通钉扎作用,被认为对提高带材的Jc有帮助。本文的透射电镜观察结果支持Ca2PbO4和Ag对于在合成Bi-2223的反应中生成液相形成有利的观点。     

含铅化合物在BSCCO粉末热处理中的形成与氧释放及吸收关系

为了提高(Bi，Pb)-2223／银超导带材的传输性能，其制备工艺近几年有很大的改进。目前采用PIT法，制备的150m长的(Si，Pb)-2223／银超导带材，在77K和自场下，工程电流密度Jc达到了18kA／cm^2。Bi-2223带材的质量，主要依赖于前驱粉末、机械变形、退火气氛、温度、时间及精确的升温和降温速率等工艺参数。关键是要控制(Bi，Pb)-2223相的形成。     

Bi-2212/Ag多芯线(带)材的制备

系统研究了Bi-2212导体的成材制备技术,通过优化粉末的热处理制度,获得了主相纯度高、各相分布均匀、粒度适宜和碳含量较低的装管粉末;并采用PIT和部分熔化相结合的线(带)材制备方法成功制备出临界电流密度(Jc)为205kA/cm2(4.2K,19T)的37芯带材和104kA/cm2(4.2K,19T)的37芯线材。     

Bi-2223/Ag超导带微观结构均匀性及电性能的改善

目前，一般都用粉末装管法制备覆Ag的Bi-2223超导带。先驱粉装入银管后，经拉伸和轧制将复合体加工成带。一般经过2次烧结热处理，而且这2次热处理之间进行一次机械形变。在第一次热处理时，先驱粉中的主要相，低Tc的Bi-2212相转变成高Tc的Bi-2223相。与此同时，由于相变和晶粒长大，使超导相变得疏松和缺乏取向性。中间变形的目的就是改善这种疏松和取向性。随后的第2次热处理的目的是把残存的Bi-2212相转变成Bi-2223相，同时弥合由于变形导致的裂纹，改善晶粒之间的连接。事实已经证明，中间变形是改善疏松和晶粒取向性的成功技术，但…     

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。     

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     

The Superconducting Phases in Bi-Sr-Ca-Cu-O and Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O Superconductors at High Temperatures

The addition Of Pb enhances the hightemperature stability as well as theproportion of the high T_c phase in Bi-Sr-Ca-Cu-O superconductor.The sample A with nominal composi-tion of Bi_1Sr_1Ca_1Cu_2O_Y was synthesized bySolid state reaction.It was sintered in airat 1153K for 24h,followed by annealingat 773K for 24h and furnace-cooling.The sample B with a nominal compositionof Bi_1Pb_(0.18)Sr_1Ca_1Cu_2O_Y was prepared bymixing PbO with the powder ofBi_1Sr_1Ca_1Cu_2O_Y which had been prefired at1113K for 24h,pressing,sintering at     

化学共沉淀法制备Ca_2Co_2O_5粉体

以硝酸钴和硝酸钙为原料,氢氧化钠为沉淀剂,利用化学共沉淀法制备Ca_2Co_2O_5粉体.采用TG-DSC、XRD、SEM和激光粒度分析仪(LPSA)等测试方法对粉体热分解过程,样品的物相、形貌和粒度分布进行表征.结果表明:在pH=13.2时制备的共沉淀粉,在750 ℃煅烧2 h后可获得单相层状的Ca_2Co_2O_5粉体,颗粒尺寸分布均匀,粒度在几百个纳米范围内.