论文摘要
YBCO系列超导体是高温超导材料中研究最多和应用最为广泛的超导体之一，受到普遍关注，随着对YBCO晶体生长的深入研究，制备YBCO氧化物单畴超导样品的技术已基本上成熟，但在制备大尺寸，高性能的YBCO超导块材，及在恒温条件下如何制备较大尺寸的单畴YBCO方面还存在许多问题。本论文采用固态烧结法制备YBCO超导初始粉体，在顶部籽晶熔融织构生长法（TSMTG）的基础上研究了通过包覆和掺杂，改善单畴YBCO超导块材生长。低熔点的Yb1．8Ba2．4Cu3．4Ox包覆技术有效防止了液相流失抑制了块材周围及底部的随机成核，从而有效地抑制了单畴YBCO超导块材生长过程中的随机成核。通过对块材进行不同比例CeO2的掺杂，提高了磁悬浮力及捕获磁通密度，并确定了CeO2最佳掺杂量。同时对YBCO超导块的显微组织结构和磁悬浮力等物理性能作了初步的研究。超导粉体的制备采用传统的固态烧结法，经过多次研磨多次烧结的制备工艺制备出YBa2Cu3O7-x、Y2BaCuO5、Yb1．8Ba2．4Cu3．4Ox等初始粉体。在对不同制备条件下样品的物相和碳含量分析的基础上，发现烧结温度在900-950℃之间时，均能生成较纯的Y123相，但对于900-910℃的烧结温度，所得到的粉体C含量较高，大大影响材料的超导性能，因此最终确定Y123初始粉的预烧结温度为920-950℃。对于Y211粉，烧结温度为910～930℃，均能得到较纯的粉体。Yb1．8Ba2．4Cu3．4O7适合的烧结温度为920℃。为了阻止YBCO在生长过程中的液相流失和抑制随机成核，引入了Yb1．8Ba2．4Cu3．4Ox（Yb1．8），结果发现，包覆Yb1．8能有效阻止液相流失，通过扫描电镜对YBCO超导体生长前沿观察和能谱分析，发现块材内部及生长前沿的成份偏析显著改善，从而有利于大尺寸YBCO超导块材的生长。实验还发现包覆Yb1．8大大抑制了块材底部及四周的随机成核，大大改善了单畴YBCO超导块材的单畴结构，增大了超导屏蔽电流环尺寸，提高了YBCO超导块材的磁悬浮力和捕获磁通性能，通过这种Yb1．8的包覆添加生长出了直径30mm的单畴超导块材。CeO2的掺杂对提高熔融织构YBCO超导块材的性能有显著的影响，实验结果表明：在未掺杂CeO2的样品中,211粒子粗大，且分布不均匀，尺寸在1μm左右，不利于为超导体提供一定的钉扎中心，捕获磁通性能和磁悬浮力性能较差,CeO2的掺杂可细化Y-211相粒子，使其在基体中弥散分布，对于掺杂0．5wt％的样品,211粒子的尺寸大部分分布在0．05μm左右，为YBCO超导体提供有效的磁通钉扎中心，从而提高了材料的捕获磁通能力和磁悬浮力。掺杂0．5wt％CeO2的捕获磁通和磁悬浮性能最好，掺杂超过2wt％的CeO2将大大影响超导体的单畴织构。