同质冷籽晶技术生长SmBCO-Ag超导单畴块材的研究.docx

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同质冷籽晶技术生长SmBCO/Ag超导单畴块材的研究

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论文导读:：但SmBCO或NdBCO籽晶并不容易获得。用NdBCO冷籽晶技术来生长Ag掺杂的SmBCO超导单畴块材。圆形单畴是从Sm211缓冲层部分切割的。

论文关键词：SmBCO，Ag掺杂，Sm211缓冲层，同质生长

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1引言

轻稀土高温超导单畴块材（LReBaCuO，Re=Nd、Sm、Gd）具有独特的自稳定磁悬浮性能和强大的磁场捕获能力，在超导磁体，超导飞轮等方面都具有广阔的应用前景[1-2]。顶部籽晶熔融织构（TSMTG）[3]和顶部籽晶熔渗法（TSIG）[4]一直是生长超导单畴块材的两种重要技术手段。但无论哪种方法，缺乏合适的籽晶是目前面临的共同困难之一。就制备GdBCO超导单畴块材为例，我们通常选用与其晶格相似的SmBCO或者NdBCO作为籽晶[5]，但SmBCO或NdBCO籽晶并不容易获得。最先，大部分研究人员都是采用MgO单晶作为籽晶，来引导生长轻稀土RE（Sm,Nd）BCO超导单畴块材，然后再从块材解理出可用的RE（Sm,Nd)BCO籽晶。但由于MgO单晶与REBCO之间的晶格匹配度不高，往往很难引导生长出织构理想的轻稀土超导块材。

为了克服籽晶对超导单畴块材制备的不利影响，各种新的技术方案得到了发展。第一，寻找高熔点且晶格匹配的合适籽晶。Cardwell研究小组发展了通用籽晶技术[6]，通过在RE（Sm，Nd)BCO中掺Mg,发现能够明显提高籽晶的熔点，从而引导轻稀土超导块材的生长。薄膜籽晶技术也成功得到发展，通过在MgO单晶上沉积REBCO薄膜，获得熔点较高的薄膜籽晶，Yao.xin研究小组运用熔点高的SmBCO薄膜籽晶[7]，已经成功制备出YBCO,GBCO单畴块材。第二，同质籽晶生长，即运用和坯体成份一样的籽晶生长超导单畴块材。理论上讲，同质籽晶生长技术中物理论文，籽晶和坯体的晶格结构完全匹配，能生长出织构非常理想的超导单畴块材。但一般这种方法都结合热籽晶技术，由于在高温下籽晶会熔化，热籽晶技术可以在快达到坯体包晶分解温度时才放入籽晶，从而避免籽晶的熔化。早期，Cardwell用不含Mg的NdBCO籽晶，结合热籽晶和低压氧技术，成功制备出NdBCO超导单畴[8]。M.Oda运用SmBCO薄膜籽晶，结合低压氧技术成功生长出直径达36mm的SmBCO单畴块材[9]。但热籽晶和低压氧技术，往往对设备要求较高，操作过程复杂，不利于低成本的批量化生产论文参考文献格式。

我们研究小组一直致力于空气中冷籽晶技术的研究，通过顶部籽晶熔融织构法，首先，在样品坯体中间放置籽晶，籽晶ab面要和坯体上表面平行，引导熔体按照一定的取向凝固生长；然后，将Sm123和Sm211的混合坯体快速升温，温度超过Sm123的包晶分解温度，并且保持一段时间，保证Sm123能完全分解，其次，快速降温到Sm123的包晶分解温度附近，开始缓慢的降温生长。由于籽晶与坯体接触表面具有较低的界面能，当过冷度达到一定程度时，籽晶表面将先成核，然后外延生长。通常选取的籽晶都具有c轴取向，单畴沿a,b方向的生长速率一样，但大于c方向的生长速率，最后长出的单畴在ab面会产生四条正交的发射状径线，在c方向上具有明显的层状结构。在前期研究中，我们研究小组通过这种顶部籽晶熔融织构法（TSMTG），用NdBCO冷籽晶技术来生长Ag掺杂的SmBCO超导单畴块材，成功制备了边长达15mm的SmBCO超导单畴块材[10]。但NdBCO籽晶并不容易获得，通常是从生长的多晶块材解理出可用的籽晶，这样获得的NdBCO籽晶，无论是织构取向，还是微结构，都很难保证具有较高的品质，需要花费很大的精力，仔细的挑选才能得到适用的籽晶。于是，我们尝试用SmBCO籽晶生长SmBCO单畴本体。以前的研究表明，Ag能有效降低坯体的包晶分解温度[11]，如果掺银含量达到5%及以上，SmBCO掺银坯体的包晶分解温度比SmBCO本身的包晶分解温度低20℃以上。这表明，可以尝试用SmBCO籽晶，来引导生长SmBCO/Ag坯体物理论文，实现SmBCO单畴的制备。但同时我们发现，即使使用NdBCO作为籽晶，在明显低于NdBCO包晶分解温度下，有时也会发生籽晶的部分熔融[12]，这主要是由于坯体在熔融状态下，富Ag液相向籽晶扩散引起的。为了克服这个问题，保证SmBCO籽晶在熔融织构过程中不被熔化，我们通过在籽晶和坯体之间加入一个SmBCO211缓冲层，阻止下面坯体里面的Ag向籽晶内部扩散，从而避免籽晶的熔化。通过这种方法，我们成功的用SmBCO冷籽晶技术制备了SmBCO超导单畴块材。

2实验

将高纯度的Sm2O3、BaCO3、CuO粉末分别按Sm:Ba:Cu=1:2:3和2:1:1的摩尔比称量,然后放进料桶，在球磨机上球磨