REBCO涂层超导复合带材剥离强度的实验研究

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REBCO涂层高温超导带材因具有较高的临界温度和临界电流等优点而在众多高新技术与应用领域中得到广泛重视。然而,高温超导是脆性材料,往往被制备成多层复合结构,各层厚度不一,层间结合强度不均,很容易发生剥离甚至开裂破坏。本文主要针对REBCO涂层高温超导带材层间强度进行了实验研究,提出一种在实验室中简单易行的、包含复合带材样品固定和施加载荷的测试方法。通过将超导复合带材样品固化于环氧树脂中、采用3D打印技术实现加载模具和样品固定,以及电子扫描显微镜观测分层特征等,实现了REBCO涂层高温超导带材横向拉伸剥离强度、纵向剪切强度的实验测试。通过本文研究,获得了一些针对REBCO涂层高温超导带材层间界面力学相关的基础参数和实验表征结果。对于复合带材的横向拉伸剥离现象,实验发现剥离强度整体上分布在2.19 MPa~2.51 MPa,均值为2.34 MPa,最大相对误差为9.09%,分散性较小。带材的剥离位置主要分布在超导层与缓冲层交界处,其次在超导层内部、超导层与银层交界处。进一步的数值讨论结果表明:缺陷的存在使得超导复合带材更易发生剥离行为,带材与环氧树脂的粘连则一定程度上增强了带材对剥离的抵抗力从而导致测试结果比真实结果更大,复合多层带材对力学破坏与缺陷是敏感的。因此,样品或测试方法上的误差会带来测试结果的分散性。针对REBCO涂层高温超导带材的纵向剪切剥离强度的初步实验测试表明:剪切强度分布在10.30 MPa~11.98 MPa,与11.27 MPa的平均值相比,最大相对误差为8.64%。剥离界面主要在超导层内部,其次在超导层和缓冲层交界处。本文研究可以为高温超导复合带材的力学性能表征、基本参数测试以及应用中的分层破坏评估提供一定的理论和工程指导。
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