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高温超导技术和超导材料因具有广阔的应用前景而受到了广泛关注。REBa2Cu3O7-δ(REBCO或RE123,RE=Y,Sm,Nd等)超导块材更是在超导电机、磁悬浮运输、超导储能和轴承等方面具有重要的应用前景,而应用的前提是可以制备出高性能的REBCO超导块材。临界电流密度Jc作为超导性能的重要指标之一,其大小正比于超导块材单位体积内具有纳米尺度的晶体缺陷即磁通钉扎中心的数量。在微观结构上,REBCO块材通常由非超导相RE2BaCuO5(RE211)颗粒与超导相RE123基体构成,这两者之间的界面可形成有效的磁通钉扎中心。因此,细化被RE123相包裹的RE211颗粒并使其均匀分布,是提高超导块材性能的一个非常重要的方面。本论文的研究内容主要集中于两个方面:在顶部籽晶熔融织构法(TSMG)中,首次提出一种新颖的前驱体粉末(MPP)法并成功制备出一系列在高温下具有Y211纳米颗粒的高性能YBCO块材;再基于MPP法,通过调控Ba/Cu值以及沿c轴自上而下的分层结构来实现一种分层&富钡的新型的前驱体粉末(LB-MPP),成功获得均匀分布且颗粒细小的Sm211,并最终获得大尺寸高性能的SmBCO块材。具体成果如下:1.均质形核突变形成Y211纳米颗粒和高性能YBCO块材生长在传统的TSMG法中,前驱体粉末(CPP,Y123+Y211)中含有的预置Y211颗会在高温下发生粗化和外延生长,导致最终Y211颗粒变得粗大。基于此,我们首次提出一种新颖的、无预置Y211颗粒的前驱体粉末(MPP,Y2O3+Ba2Cu3Oz),通过相变反应Y2O3+Ba2Cu3Oz→Y211,在某一高温下爆发性地、瞬间地产生大量具有纳米尺度的Y211颗粒。实验结果显示,最终样品中的Y211的粒径在亚μm到6μm之间,与传统方法制备的样品相比,磁悬浮力平均提高了约10%,冻结磁场从0.418T提升至0.636T。更重要的是,我们给出了 MPP、CPP法中Y211颗粒的两种形核和生长模型,也为进一步细化其它体系RE211颗粒提供了新的思路。2.均质突变形核模式下实现均匀细化的Sm211颗粒在实现大尺寸高性能SmBCO块材制备的问题上,基于无预置Sm211颗粒的前驱体粉末Sm2O3+BaxCuyOz,巧妙地通过改变x/y值来调控最佳的Ba/Cu=0.75。此外,前驱体粉末沿c轴方向分层,根据相变反应Sm2O3+Ba3Cu4Oz→Sm211,改变每一层Sm2O3与Ba3Cu4Oz的摩尔比来实现自上而下Sm211含量逐渐减少的结构。最终,这种分层&富钡的前驱体粉末(LB-MPP)获得了尺寸得到细化、分布更加均匀的Sm211颗粒。其次,普通尺寸样品的磁悬浮力初步呈现出的趋势是CPP
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