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。     

热处理温度对Bi2223/Ag-Au带材相组成及载流能力的影响

用形变热处理工艺制备了Bi2223/Ag-Au带材,通过X射线衍射仪、超导量子干涉仪及标准四引线法研究了第1次热处理温度对带材中的相成分及载流能力的影响.结果显示:热处理温度超过840℃时,带材中会出现Bi2201相;热处理温度太低时不仅带材成相速率慢,而且带材中会出现较多的第二相.第1次热处理后,Bi2223相的转化率应该控制在85%附近,Pb离子进入到Bi2212晶格内,带材中有最少的Bi2201相、最少的其它非超导第二相有利于带材最终性能的提高.     

装管密度对Bi-2223／Ag超导带材性能的影响

研究了不同装管密度对Bi-2223／Ag带材(19芯)性能的影响。结果表明：采用压棒装管工艺提高了带材芯丝的填充系统，有利于提高带材的工程电流密度；第一次热处理后带材表面的鼓泡明显比松装带材少，有利于提高电流沿长度方向上的均匀性，更适合制备长带。压棒装管带材与松装带材相比，宽展更大，最终热处理后芯丝致密，孔洞少，而且2223相含量高，最终带材的载流性能好于松装带材。     

Bi-2223/Ag超导带材前驱粉与热处理的匹配问题

研究了Bi-2223／Ag高温超导带材的前驱粉与后续热处理工艺之间的匹配问题。实验采用A，B，C3种不同的前驱粉。A粉是成分配比为2223的喷雾热分解单粉，B粉和C粉都是2212加CaCuO，组分的2223双粉。B粉和C粉的区别在于，2212加CaCuO，混合后的除碳处理工艺不同。B粉为800℃，3h，C粉为830℃，10h。利用激光粒度分析仪（RSA）和扫描电镜（SEM）对这3种前驱粉的粒度进行了表征，并用X射线衍射仪（XRD）对用这3种粉分别制成的带材经第1次热处理（HT1）后的2223成相率和相结构进行分析，从而找出它们各自对应的最佳HT1工艺。采用四引线法在77K，0T下测试经中间轧制和第2次热处理（HT2）后的临界电流（五），以确定其对应之最佳HT2工艺。RSA和SEM分析表明：A粉颗粒度明显细小，平均中径粒度为1．5μm，且粒径分布区域集中，B粉约3μm，粒径分布较分散，而C粉为4-5μm。研究结果证明：前驱粉的特性直接影响着超导带材的最终超导性能。一种特定的前驱粉，对应着一种特定的最佳HT1和HT2工艺。只有在二者匹配良好前提下，才能使前驱粉的性能得以发掘。     

NiW合金基带电化学抛光过程研究

采用硫酸溶液作为抛光液对轧制辅助双轴织构技术制备的Ni5W合金基带进行电化学抛光,在不同的抛光液浓度下获得了表面状态不同的基带。利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段研究了抛光过程中表面物质相成分及成因。结果表明:抛光液浓度较低时基带表面会形成过量的氧化物和H2WO4,造成表面选择性溶解过程紊乱,导致无法抛光。通过优化抛光液浓度可在基带表面获得适当厚度的固体层和粘液层,电流通过时可获得良好的抛光效果。     

升温速率对Bi-2223带材载流性能的影响

研究了第一次热处理中的升温速率对Bi2223带材特性的影响,分别采用100、300和500℃/h的升温速率将带材加热到838℃,于空气气氛中保温50h,后经中间轧制,第二次热处理得到成品带材。试验发现升温速率影响带材热处理的鼓泡特性,同时对Bi-2223相的转化率、残余第二相的含量及Bi-2223的晶粒取向也有一定的影响。采用适当的升温速率(300℃/h)可以限制带材的鼓泡,改善带材的微观组织并提高临界电流(Ic),77K自场下的Ic可达101A,磁场下的载流性能也有一定改善。     

涂层导体用NiW合金基带表面改性研究

由于硫元素与氧元素化学特性的相近,在Ni基带表面形成硫的c（2×2）-S有序超结构有助于控制在金属Ni基带表面生长的氧化物膜的织构类型。目前,大多数关于在Ni基带表面形成c（2×2）-S超结构的研究报道,都集中于以硫化氢气体作为硫源,采用先吸附后脱附的方法形成该结构。首次提出通过硫化铵水溶液硫化NiW合金基带,再通过热处理去除无序的物理吸附层,形成有序c（2×2）-S超结构的新技术路线。采用AES和RHEED分别对采用新硫化技术处理后的样品表面成分和结构进行研究,并通过XRD对硫化前后的NiW基带上采用化学溶液技术制备的缓冲层织构进行了研究。结果显示,采用新技术处理的金属基带表面有明显的硫元素存在,并且硫在NiW合金基带表面形成了c（2×2）-S超结构。新硫化处理技术改善了NiW基带表面的物理化学特性,有利于氧化物缓冲层的外延生长。     

Ni5W合金基带的热处理工艺

为了制备能够满足YBCO涂层导体所需的高强、低磁性基带,采用轧制辅助双轴织构技术(RABiTS)制备Ni-5at%W(Ni5W)合金基带,在不同温度及热处理制度下进行再结晶热处理。采用背散射电子衍射技术对基带织构情况进行研究,结果表明,Ni5W合金基带的初始再结晶温度为700℃,随退火温度升高,轧制织构不断向立方织构转变,在1200℃时立方织构百分含量接近100%。采用700℃预退火30 min后在进行1200℃退火1 h后,基带立方织构含量仍然很高,并且比一步退火法获得的立方织构更为锐利。     

W＆RBi－2223饼状磁体实验研究

研究了Ｗ＆Ｒ（先绕后烧）工艺中弯曲半径、绝缘材料对银套Ｂｉ－２２２３带材Ｉｃ的影响。用Ｗ＆Ｒ法制备了内径１６ｍｍ、外径８０ｍｍ．高４７ｍｍ四双饼串联组合磁体，４．２Ｋ下Ｉｃ＝５５Ａ．磁体中心磁场Ｂ０＝０．４４Ｔ。     

部分熔化处理工艺对（Bi，Pb）-2223／Ag带材相组成和微结构的影响

通过部分熔化处理工艺和普通两段热处理工艺的对比研究，分析了部分熔化处理工艺在不同热处理阶段对(Bi，Pb)-2223/Ag带材相组成和微结构的影响。实验结果显示，在熔化温度下，部分(Bi，Pb)-2212相发生分解，分解为(Sr,Ca)2CuO3相、(Sr，Ca)Cu2O3相和富(Bi，Pb)液相，与此同时(Sr,Ca)2CuO3相和(Sr，Ca)Cu2O3相快速长大。随着冷却和成相处理，(Sr,Ca)2CuO3相和(Sr,Ca)Cu2O3相长大到一定尺寸，各相系统达到平衡后，就不再长大，并和部分液相反应，重新生成具有良好取向的(Bi，Pb)-2212相。在成相处理阶段，(Bi，Pb)-2212相转化为(Bi，Pb)-2223相，同时生成的(Bi，Pb)-2223相继承了(Bi，Pb)-2212相的良好取向，使(Bi，Pb)-2223相织构得以改善，致密度得到提高，结果最终带材的性能得到提高。通过部分熔化处理工艺处理的带材Ic达到51A，而普通两段热处理工艺处理的带材Ic为36A，Ic提高了约40％。