Bi-2212高温超导厚膜的制备及性能研究

论文摘要

Bi2Sr2Ca1Cu2O8-δ（Bi-2212）厚膜是Bi-2212实际应用的主要形态之一,与线材和薄膜相比,具有制备方法简单,成本低廉等优点,主要应用于磁屏蔽、基底线路系统以及高频设备等方面。本文以浸涂法（DIP）为基础,对厚膜的成分和加工方法进行优化,并结合部分熔化法（MP）,制备出了性能优良的Bi-2212/Ag厚膜。同时,以此为基础还为Bi-2212线（带）材的制备提供了一种简便、廉价的粉末判据。本文获得的结论主要有以下几点：首先,对Bi-2212厚膜的浸涂法制备技术进行了优化。系统地研究了部分熔化热处理过程中,部分熔化温度和降温速率对厚膜成相过程和载流性能的影响,优化出一套合理的厚膜热处理工艺。研究发现：部分熔化温度为885℃,降温速率为2℃/h时,厚膜中2212晶粒排列整齐,晶间连接性好,可以保证2212厚膜的载流性能。同时,通过冷压和轧制等方法,对厚膜加工方法进行了改进。结果表明,浸涂后冷压处理的Bi-2212厚膜,超导相密度增加,气孔明显减少,并且,烧结后片层状晶粒排列更加整齐,晶间连接性更高,临界电流密度Jc达到13.8kA/cm2。在粉末制备方面,采用改进的共沉淀法（MCP）制备了不同Bi元素和不同Cu元素配比的Bi-2212前驱粉末,研究了Bi元素对草酸盐沉淀过程中元素配比的影响,以及不同Cu元素配比对粉末烧结过程中超导相成相过程的影响。实验结果表明,当Bi含量为2.1时,样品制备过程中,上清液澄清,说明各个金属离子均沉淀完全,并且最终烧结后粉末成分与设计成分差异较小,从而保证了制备的可重复性。另外,Cu元素的适量增加有助于加快2212相的成相过程。为了验证采用相同粉末制备的厚膜和带材性能的一致性,使用不同Cu元素配比的前驱粉,Bi2.iSri.96Cai.0CuxO8+δ （χ=2.0,2.1,2.2和2.4）,结合优化后的厚膜加工方法和烧结工艺,制备了不同Cu元素配比的厚膜,并系统地研究了Cu元素对2212织构度和厚膜载流性能的影响,实验结果显示Cu2.2配比的厚膜性能最好。另一方面,使用不同Cu元素配比的粉末（x=2.0,2.2和2.4）作为装管粉,采用粉末装管法（PIT）和部分熔化相结合的线（带）材制备方法,制备三种成分的Bi-2212基单芯带材。结果表明：使用Cu元素配比x=2.2的粉末所制备的带材中,片层状Bi-2212晶粒的织构较好,性能最高,获得的临界电流Ic为24A,相应的临界电流密度Jc为6.6kA/cm2（77K,0T）,这一结论与厚膜制备确定的最优粉末配比相吻合,从而证实了使用厚膜判定前驱体粉末性能的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超导材料发展简史
• 1.3 超导效应
• 1.4 超导材料的应用
• 1.5 Bi系超导材料
• 1.5.1 Bi系超导材料的晶体结构
• 1.5.2 Cu元素和Bi元素的作用
• 1.5.3 PIT法制备Bi-2212线（带）材
• 1.5.4 Bi系超导材料的应用
• 1.6 Bi-2212超导膜的研究现状
• 1.6.1 基底的选择
• 1.6.2 Bi-2212厚膜的制备及热处理工艺
• 1.7 本研究的内容与目的
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 研究目的
• 第二章 Bi-2212厚膜的制备及工艺分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 制备方法
• 2.2.2 载体
• 2.2.3 基底选择
• 2.2.4 热处理工艺
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 部分熔化热处理工艺参数的优化
• 2.3.1.1 部分熔化温度Tmax的优化
• 2.3.1.2 降温速率Rc的优化
• 2.3.2 对厚膜制备工艺的改进
• 2.4 小结
• 第三章 不同元素配比Bi-2212厚膜和PIT Bi-2212带材比较
• 3.1 引言
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 粉末制备
• 3.2.2 不同Cu元素配比厚膜的制备
• 3.2.3 粉末装管法（PIT）制备Bi-2212/Ag单芯带材
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Bi元素配比对粉末成相的影响
• 3.3.2 Cu元素配比对粉末成相及厚膜性能的影响
• 3.3.2.1 Cu元素配比对粉末成相的影响
• 3.3.2.2 Cu元素配比对厚膜性能的影响
• 3.3.2.3 Cu元素配比对带材载流性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢