CN109727724A - 一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法 - Google Patents

一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法；包括以下步骤实施：将镀银层或未镀银层的第二代高温超导带材在高温环境进行拉伸处理，然后将拉伸处理后的超导带材再进行吸氧热处理。所述高温环境的气氛可以是氧气，也可以是保护性惰性气氛，或是两者的混合气氛，温度范围是450‑650℃；所述的拉伸处理的结果是带材沿长度方向发生在0.1‑1％范围内的应变，拉伸处理的时间为1分钟至100小时。与现有技术相比，本发明的方法为第二代高温超导带材后处理技术，处理过程简单，结果可控，并且通过拉伸处理的方法显著提高超导带材在场载流能力，降低超导电性的各向异性度。

Description

一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法
技术领域
本发明属于第二代高温超导材料制备技术领域，具体涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法。
背景技术
第二代高温超导带材作为一种可实用化的超导材料，具有高临界转变温度、高载流能力以及高不可逆场，可以在广泛的温度区间和外加磁场范围内有潜在应用，如超导电缆、超导电机、超导磁体等。但为了满足不同的应用需求，要求进一步提升其在场载流能力，降低带材超导电性的各向异性度，这是第二代高温超导带材实用化需要解决的重要问题之一。为达到此目的，目前主要有如下两种方法：在超导层沉积过程中(原位沉积技术或非原位沉积技术)，引入非超导第二相作为磁通钉扎中心；沉积超导层后，通过对超导带材进行快中子辐射，引入缺陷作为磁通钉扎中心来提升在场载流能力。其中，前者已被广泛研究，但仍然需进一步提高第二相的含量，控制第二相的分布和几何尺寸，提升超导带材在场载流能力；而后者由于受技术条件的制约，在大规模生产中的可行性尚无定论。因此，如何开发一种简单易于操作的技术路线提高第二代高温超导带材的在场载流能力是十分重要的。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法。本发明可显著提升第二代高温超导带材的在场载流能力，且降低超导电性的各向异性度；且对超导带材的制备工艺无要求，可以是脉冲激光沉积技术，化学气相沉积技术，化学溶液沉积技术等；对超导层成分无要求，可以是稀土钡铜氧化合物或者是含有其他非超导第二相的稀土钡铜氧化合物；整个拉伸过程简单可控，且对设备精度要求不高，容易满足工业化生产要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，将第二代高温超导带材置于高温环境进行拉伸处理，然后将拉伸处理后的所述超导带材进行吸氧热处理。
优选的，所述超导带材包括镀银层或未镀银层的第二代高温超导带材。
优选的，所述超导带材的超导层成分为稀土钡铜氧化合物，或是含有非超导第二相的稀土钡铜氧化合物。
优选的，所述超导带材的超导层的制备工艺包括脉冲激光沉积技术、化学气相沉积技术、化学溶液沉积技术。
优选的，所述高温环境的气氛为氧气、保护性惰性气氛、或是两者的混合气氛，温度范围是450～650℃。
优选的，所述拉伸处理的应变在0.1～1％范围内，拉伸处理的时间为1分钟～100小时。
优选的，所述吸氧热处理包括在400～500℃的纯氧气氛中保温30分钟～5小时。
通常，在低温或者常温条件下，超出第二代高温超导带材允许的应力应变范围，超导层会脱层或者发生宏观裂纹，该类机械损伤导致其载流量出现不同程度的衰减，这已是本领域的共识。本发明利用高温下应力应变诱发超导层显微组织发生“重构”，可实现本领域技术人员预料不到的技术效果。具体来说，本发明利用应变增加超导层本征缺陷密度，这些缺陷包括位错环、堆垛层错等。由于超导带材的钉扎能力与超导层内的缺陷密度正相关，因此通过拉伸应变可以显著提高超导带材的在场载流能力，且降低超导电性的各向异性度。由于在拉伸过程中超导层内可能出现失氧的现象，因此，必须对拉伸处理完之后的带材进行吸氧热处理，以保证超导层内的氧含量恢复之前的水平。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、可以用拉伸处理的方法显著提高超导带材在场载流能力，且降低超导电性的各向异性度；
2、对第二代高温超导带材中超导层成分和制备工艺不敏感；
3、该方法为第二代高温超导带材后处理技术，处理过程简单，结果可控，且可以达到工业化生产要求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1中，超导带材中超导层截面的透射电镜照片，图中标注出超导层EuBa2Cu3O7c轴的生长方向和层错的位置；
图2为实施例1中未处理和经过经高温拉伸热处理后超导带材在4.2开尔文温度条件下的临界电流随外场变化图；其中，外加磁场垂直于超导带材表面；
图3为实施例1中经过经高温拉伸热处理后超导带材各向异性度的计算示意图；
图4为实施例2中未处理和经过经高温拉伸热处理后超导带材在4.2开尔文温度条件下的临界电流随外场变化图；其中，外加磁场垂直于超导带材表面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例涉及的一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，将镀银层或未镀银层的第二代高温超导带材置于450-650℃的高温环境中，进行拉伸处理，使其沿带材长度方向发生0.1-1％的应变，并保持该应变1分钟至100小时，整个过程所处的气氛可以是氧气，也可以是保护性惰性气氛，或者是两者的混合气氛。拉伸处理结束后对超导带材进行吸氧热处理，即在400-500℃的纯氧气氛中保温30分钟至5小时。采用优选的高温拉伸处理工艺，可以实现超导带材在场载流能力提升30％。
实施例1
本实施例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法包括如下步骤：
1)超导层制备工艺和成分选择：超导带材的超导层是采用脉冲激光沉积技术制备的EuBa2Cu3O7，超导带材未镀银；
2)高温拉伸工艺过程：以步骤1)选取的原料，置于650℃的高温环境中，进行拉伸处理，使其沿带材长度方向发生1％的应变，并保持该应变1分钟，整个过程的气氛是氧气。
3)镀银和吸氧热处理：将经过高温拉伸处理的超导带材镀银层，然后将镀银的超导带材在500℃的纯氧气氛中保温30分钟，进行吸氧热处理。
本实施例的超导带材中超导层截面的透射电镜照片如图1，图中标注出超导层EuBa2Cu3O7c轴的生长方向和层错的位置。经热处理后，本实施例的超导带材在4.2开尔文，10特斯拉的条件下，临界电流达到1400安培/厘米-宽度，较之前提升了30％，各向异性度降低至4(如图2、3)。
实施例2
本实施例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法包括如下步骤：
1)超导层制备工艺和成分选择：超导带材的超导层是采用脉冲激光沉积技术制备的YBa2Cu3O7+BaZrO3，超导带材镀银；
2)高温拉伸工艺过程：以步骤1)选取的原料，置于550℃的高温环境中，进行拉伸处理，使其沿带材长度方向发生0.5％范围内的应变，并保持该应变5小时，整个过程的气氛是氮气。
3)吸氧热处理：将步骤2)获得的超导带材在400℃的纯氧气氛中保温30分钟，进行吸氧热处理。如图4所示，经热处理后，该超导带材在4.2开尔文，10特斯拉的条件下，临界电流达到1000安培/厘米-宽度，较之前提升了20％，各向异性度降低至3。
实施例3
本实施例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法包括如下步骤：
1)超导层制备工艺和成分选择：超导带材的超导层是采用化学气相沉积技术制备的Y0.6Gd0.6Ba2Cu3O7，超导带材镀银；
2)高温拉伸工艺过程：以步骤1)选取的原料，置于450℃的高温环境中，进行拉伸处理，使其沿带材长度方向发生0.1％的应变，并保持该应变10小时，整个过程的气氛是氧气和氮气的混合气体，氧气与氮气的体积比为1：1。
3)吸氧热处理：将步骤2)获得的超导带材在500℃的纯氧气氛中保温30分钟至5小时，进行吸氧热处理。经热处理后，其在4.2开尔文，10特斯拉的条件下，临界电流达到1200安培/厘米-宽度，较之前提升了10％，各向异性度降低至2。
实施例4
本实施例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法包括如下步骤：
1)超导层制备工艺和成分选择：超导带材的超导层是采用化学溶液沉积技术制备的GdBa2Cu3O7+BaSnO3，超导带材镀银；
2)高温拉伸工艺过程：以步骤1)选取的原料，置于450℃的高温环境中，进行拉伸处理，使其沿带材长度方向发生0.1％的应变，并保持该应变10小时，整个过程的气氛是氩气。
3)吸氧热处理：将步骤2)获得的超导带材在500℃的纯氧气氛中保温30分钟，进行吸氧热处理。经热处理后，其在4.2开尔文，10特斯拉的条件下，临界电流达到1000安培/厘米-宽度，较之前提升了30％，各向异性度降低至3。
对比例1
本对比例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，步骤1)中，所述超导带材进行了镀银和镀铜处理。
所得超导带材经处理后，在4.2开尔文，10特斯拉的条件下，临界电流衰减到500安培/厘米-宽度。
对比例2
本对比例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，步骤1)中，所述超导层进行了镀银、镀铜及不锈钢封装处理。
所得超导带材经处理后，在4.2开尔文，10特斯拉的条件下，临界电流衰减到200安培/厘米-宽度。
对比例3
本对比例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，步骤2)中，使其沿带材长度方向发生0.01％得而应变。
所得超导带材经处理后，载流电流无变化。
对比例4
本对比例涉及一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，所述方法与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，步骤2)中，使其沿带材长度方向发生5％的应变。
所得超导带材经处理后，在4.2开尔文，10特斯拉的条件下，临界电流衰减到0安培/厘米-宽度。
综上所述，本发明采用的高温拉伸处理工艺可以显著提高超导带材在场载流能力，且降低超导电性的各向异性度；对第二代高温超导带材中超导层成分和制备工艺不敏感；该方法为第二代高温超导带材后处理技术，处理过程简单，结果可控，且可满足大规模工业化生产的需求。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，其特征在于，将第二代高温超导带材置于高温环境进行拉伸处理，然后将拉伸处理后的所述超导带材进行吸氧热处理。
2.根据权利要求1所述的提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，其特征在于，所述超导带材包括镀银层或未镀银层的第二代高温超导带材。
3.根据权利要求1所述的提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，其特征在于，所述超导带材的超导层成分为稀土钡铜氧化合物，或是含有非超导第二相的稀土钡铜氧化合物。
4.根据权利要求1所述的提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，其特征在于，所述超导带材的超导层的制备工艺包括脉冲激光沉积技术、化学气相沉积技术、化学溶液沉积技术。
5.根据权利要求1所述的提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，其特征在于，所述高温环境的气氛为氧气、保护性惰性气氛、或是两者的混合气氛，温度范围是450～650℃。
6.根据权利要求1所述的提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，其特征在于，所述拉伸处理的应变在0.1～1％范围内，拉伸处理的时间为1分钟～100小时。
7.根据权利要求1所述的提高第二代高温超导带材在场载流能力的方法，其特征在于，所述吸氧热处理包括在400～500℃的纯氧气氛中保温30分钟～5小时。
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