● 摘要
高温超导体在1986年首次发现以来，就一直是科学家研究的重点和热点。由于其奇特的物理性质和良好的应用前景，人们在一直努力改善和提高它的性能。对YBCO超导体而言，改进制备技术、掺杂引入纳米磁通钉扎中心、制备大尺寸的单畴超导体等都是该领域研究的主要方向。在制备大尺寸高质量的YBCO超导块材方面，顶部籽晶熔渗生长法（TSIG法）是最有效的方法之一，它能有效的防止样品的成份偏析、液相流失、以及保持初始几何形状。
本文采用TSIG法，不仅制备了具有不同Gd2Ba4CuNbOy（GdNb2411）掺杂比例的单畴YBCO超导体，而且对TSIG法进行了创新和发展，并在此基础上制备了系列以(Y2O3+xBaCuO2)为固相、以（YBa2Cu3O7-d+3BaCuO2+2CuO）为液相和以(Y2O3+xBaCuO2)为固相、以（Y2O3+6CuO+10BaCuO2）为液相的YBCO单畴超导体。研究了GdNb2411和BaCuO2的含量对样品的生长形貌，磁悬浮力，微观结构的影响。
通过对掺杂GdNb2411系列YBCO超导块材的研究发现：①当YBCO超导块材中的GdNb2411掺杂质量小于6%时，样品具有良好单畴性且可以长满整个样品，当掺杂量大于6%时，样品的单畴区域在不断的减少，并伴随着严重的随机成核，籽晶周围出现了凸起的四方形条纹。②随着加入YBCO超导块材中GdNb2411含量的增加，样品的磁悬浮力呈现先增大后减小的趋势，最大值出现在GdNb2411掺杂量为4%时，其值为37.7N，其相应的力面密度（最大磁悬浮力/样品的上表面积）为12.0N/cm2。③样品的微观形貌表明，当掺杂量小于4%时，YBCO超导块材中存在这较多Y211粒子和较少的GdNb2411粒子；当掺杂量等于4%时，YBCO超导体中存在着适量的Y2BaCuO5（Y211）粒子和GdNb2411粒子；而当掺杂量大于4%时，GdNb2411粒子的含量不断增加，而Y211粒子则不断较少；当GdNb2411掺杂量进一步增加时，样品中的GdNb2411粒子剧增，并出现了严重的团聚现象。因此，添加适量的GdNb2411有利于提高样品的性能。
对以(Y2O3+xBaCuO2)为固相、以（YBa2Cu3O7-d+3BaCuO2+2CuO）为液相和以(Y2O3+xBaCuO2)为固相、以（Y2O3+6CuO+10BaCuO2）为液相制备的直径为20mm的YBCO超导块材进行研究发现：当x小于1时，样品很难生长成为单畴YBCO超导块材。当x≥1时，制备的样品具有明显的单畴性，但是，当x大于2时，样品的单畴区域都在逐渐的减少。随着BaCuO2含量的增加，样品的磁悬浮力（测试条件为77K，0.5T）先增大后减小。当x的值为1.2时，这两种方法制备样品的磁悬浮力均达到了最大值，分别为49.2N、46.9N，相应的其力面密度约为16.0N/cm2、15.2N/cm2，因此BaCuO2含量的最佳值为x=1.2。当0＜x＜1.2时，样品的磁悬浮力随着BaCuO2含量的增加而增加，其原因在于样品中的Y211粒子逐渐增多，样品的超导相与非超导的Y211相比例越来越合理所致。当1.2＜x＜2时，样品的磁悬浮力逐渐减小，是因为随着BaCuO2的增加，样品中Y211粒子密度不断的减小，磁通钉扎力不断减小。当x＞2时，样品的磁悬浮力更小，则是由于单畴区域的逐步减少和捕获Y211粒子钉扎中心的减少共同所致。相对与传统的TSIG法，该新TSIG法具有明显优势：①利用新型固相，只需要制备BaCuO2一种先驱粉体，可大大提高制备YBCO超导块材的效率。②与传统的TSIG相比较，新的TSIG法制备的样品中能捕获更小粒径的Y211粒子，有的Y211粒子达到了亚微米的量级。③新的TSIG法可以通过控制x的含量，很好控制样品中Y211的密度。
利用新的TSIG法，以(Y2O3+xBaCuO2)为固相、以（Y2O3+6CuO+10BaCuO2）为液相，制备出了直径为30mm和40mm的YBCO单畴样品。对30mm样品进行测试，其最大磁悬浮力的值为83.82N，力面密度为11.86 N/cm2。这说明该方法不仅可以用于制备大尺寸YBCO超导块材，而且可以提高效率，降低制备YBCO超导块材的成本。