2005 超导块材领域报告

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1、超导块材领域报告（2005）张翠萍从1986年首次发现氧化物高温超导体以来，高临界转变温度（Tc）的氧化物超导材料研究已取得了重大进展。近年来利用高温超导材料在超导态下的不完全抗磁性和磁通钉扎特性，使其在新型的超导限流器、超导轴承、超导飞轮贮能、超导磁浮列车、超导电机、超导永磁体和污水处理等应用方面有了新的发展。针对高温超导块材应用的要求，对RBCO（R=Y，RE）超导块材的研究在目前主要集中在以下方面：1)大尺寸块材的制备；2)继续提高YBCO和REBCO超导块材的性能；3)提高超导块材的机械性能；4)RBCO超导块材的生长基础研究等；5)

2、YBCO超导块材的批量化。一、大尺寸块材的制备大尺寸块材的制备在目前来讲仍是一个技术难题，大尺寸（>100mm）的YBCO块材不易制备成单畴。从1987年发现YBCO超导体到现在，生长的YBCO超导体的尺寸多在Æ20-30mm左右。直至目前所制备的最大直径的YBCO块材为Æ100mm（日本NipponSteel）,Æ93mm（法国CRNS），但技术上仍难控制。2004年日本采用多籽晶引导方法制备出Æ100mm左右的DyBCO块材，如图1.11。图1.2004年采用多籽晶引导方法制备出的Æ100mm左右的DyBCO块材近几年来在高温超导应用中，

3、为了满足大尺寸及异形材（环行，半圆形，多边形等）的要求，逐渐发展起来了YBCO超导块材之间的连接技术。主要的连接技术可分为二类：a）用高温超导粘合剂（粉末）粘合两块YBCO样品，在低温下处理，完成粘合作用。b）直接将两块YBCO块材压接在一起，高温下处理完成连接。在追求高性能的REBCO块材的研究中，所采用的技术主要是顶部籽晶生长法，同时又有Cu,Ca,Zn,SnO,Ag2O,RE(Sm,Eu,Er,Gd,Nd)等元素的掺杂研究。而高温超导RBCO块材的制备除了YBCO块材还有SmBCO,GdBCO,NdBCO,DyBCO等大块的制备（以IS

4、TEC为主要代表），并有多元RBCO的组合块材制备：（Y-SM）BCO，（Y-Gd）BCO和（Eu-Nd-Gd）BCO等，其中GdBCO的捕获磁通为4.3T(77K)，显示出比YBCO较好的捕获磁通性能。一、提高YBCO和REBCO超导体块材性能的研究随着对YBCO晶体生长的研究深入，氧化物YBCO超导单畴样品基本上获得了成功制备，并获得了高磁悬浮力和高捕获磁通性能。日本钢铁公司[55]所制造的Æ48mm的YBCO单晶畴样品，可悬起22Kg的重物，平均每平方厘米悬起约1.22Kg的重物。我国西北有色院制备的Æ30mm的YBCO块材磁悬力超过1

5、2N/cm2（77K），已经接近实用化水平。日本ISTEC（超导科学与技术研究中心）制造的Æ26.5mm的YBCO块材能捕获17.24T（29K）的磁场。目前最高的磁悬浮力报道是：NipponSteel公司的YBCO块材达到15N/cm2。最高的捕获磁通的报道是：ISTEC小组的GdBaCuO超导块材的捕获磁通达4.3T（Æ65mm，77K）。世界各研究小组所制备的RBCO超导块材的性能比较如下。表1各研究小组RBCO超导块材的性能比较REBCO超导块尺寸磁悬浮性能捕获磁通中国NINY,Gd30mm10N/cm20.8T,77K日本ISTEC

6、Y,Gd,Dy,Nd,Sm65mm>12N/cm2Gd123，2.7T/Y123，3T，（77K）NIPPONSTEELY,Gd,Nd,Sm100mm15N/cm2法国CRETAY46-93mm>9N/cm2德国IPTHY30-45mm>60N(30mm)1.3T,77K北京有色院Y,Sm30mm15-16N/cm27T，20K中科院电工所英国牛津Y16T，20K美国超导器件公司Y1.5inch磁悬浮性能和捕获磁通是超导块材应用中的两个主要性能。影响磁悬浮性能的因素主要是：临界电流密度Jc及超导单畴尺寸（超导环流有效半径），磁场梯度dH/dZ

7、。捕获磁通是指磁场进入超导体后，被超导体捕获的磁通密度。提高超导临界电流密度Jc是提高块材磁悬浮性能和捕获磁通的主要因素，而提高YBCO超导体的磁通钉扎性能是提高临界电流密度Jc的关键。对于块材大单畴样品性能的提高，除了增强磁通钉扎作用以提高晶内临界电流密度外，更重要的是从宏观结构上减少块材中的孔洞、裂纹和弱连接现象，以提高晶界传输临界电流密度。同时增大超导单畴的面积，提高超导环流对磁悬浮性能和捕获磁通的有效贡献。一、提高超导块材的机械性能另外，RBCO块材的机械性能是应用中的另一个难题。目前，以MURAKUMI为主的ISTEC小组采用树脂注

8、入技术及添加Ag2O的技术使得REBCO的机械性能得到很大改善与提高。二、REBCO超导块材的生长研究自从1987年发现YBCO高温氧化物超导体以来，人们对YBCO