● 摘要
摘要
REBCO高温超导块材以其优越的性能，从发现以来就一直备受关注。其较高的超导转变温度、较大的磁悬浮力以及较强的捕获磁通，使得这类材料在诸多领域里有着广阔的应用前景。在该系列材料中，YBCO超导块材由于受到更多的关注，其制备方法相对来说已经成熟，而对于SmBCO的研究却相对较少，但是SmBCO却有着比YBCO更高的超导转变温度Tc和临界电流密度Jc，并且其在强磁场下仍能保持较好的性能，因此，对SmBCO块材的研究具有重要意义。
本文采用顶部籽晶熔渗生长法制备SmBCO超导块材，首先研究了制备块材所需的初始粉体的方法；其次，针对在制备SmBCO超导块材的过程中易出现了明显宏观裂纹的问题进行研究，发明了一种解决该问题的方法；最后，采用我们发明的新方法，制备出了初始固相源组份不同的系列单畴SmBCO超导块材，并对其宏观形貌、磁悬浮力等进行了分析研究。
初始粉体制备：采用固相烧结法在910℃经过三次烧结、四次球磨后，获得了较纯的BaCuO2先驱粉体。晶体生长参数的研究：采用等温生长与淬火相结合的方法对SmBCO块材的生长工艺参数（慢冷生长温区）进行了研究。结果发现，在1055℃保温时，样品并没有籽晶诱导成核的现象出现，也未见样品有任何晶体生长的迹象；在1050℃保温时，样品在NdBCO籽晶处外延生长出一个小单畴区，说明此温度下，样品已经开始生长；在1040℃保温时，样品边缘已经开始出现一些随机成核，籽晶周围外延生长的单畴区的生长被抑制。如果继续降低温度，随机成核会越来越多，更不利用块材的单畴生长。综合这些现象，最后选取的SmBCO块材晶体生长的慢冷温区为1050℃—1040℃。
通过四种不同的方法探索能够抑制块材宏观裂纹的方法，发现通过在固相块和液相块之间添加一层BaCuO2薄片的方法，制备的SmBCO块材的宏观形貌是最好的，不但具有十字花纹的单畴形貌，而且样品整体完整，没有缺陷，克服了传统顶部籽晶熔渗生长法易出现裂纹问题；其它方法制备出的块材的宏观形貌都不如上述方法好，并出现不同程度的裂纹。其原因在于添加的BaCuO2薄片，相当于在固相块与液相块之间加了一层润滑剂，从而降低了液相块与固相块材料因收缩系数不同而产生的相互作用力。然后对不同方法所制得的样品的磁悬浮力进行对比分析，发现添加一层BaCuO2薄片的方法所制备的样品磁悬浮力最大，约为19N；而其它方法制备的样品磁悬浮力都较小，说明这种方法对SmBCO块材生长的完整性和磁悬浮力都有一定促进作用。
在上述方法的基础上，通过改变固相源块的成分Sm2O3与BaCuO2之间的比例，制备出了固相源组份不同的系列SmBCO超导块材。从其宏观形貌来看，除了Sm2O3∶BaCuO2=1∶0.5比例的SmBCO块材没有长出单畴形貌外，其它比例（Sm2O3∶BaCuO2=1∶1、1∶1.2、1∶1.5、1∶2）的样品都长出了具有十字花纹状的单畴形貌，其中比例为1∶1.2的块材的单畴形貌最好。通过对用不同比例固相源制备样品的磁悬浮力测试，发现随着BaCuO2相的增多，磁悬浮力呈现出先增大后减小的趋势，当Sm2O3∶BaCuO2=1∶1.2时，样品的磁悬浮力最大，约为19N。对于固相源比例Sm2O3∶BaCuO2=1∶1的样品，就相当于传统方法中用Sm211作固相源，当BaCuO2相增多的时候，就相当于是在Sm211中添加了一定量的BaCuO2相。对于1∶1的情况来说，样品中的Sm211粒子密度太大，超导相较少，导致其磁悬浮力较小；当BaCuO2的比例大于1.2后，由于样品中BaCuO2相的增加，其中的Sm211粒子密度必然减少，结果导致样品中的磁通钉扎能力减弱；当Sm2O3∶BaCuO2=1∶1.2时，样品中的超导相和Sm211相的比例达到了合适的比例，因此样品的性能最好。