● 摘要
在过去的二十多年里，YBCO高温超导材料研究已取得了长足的进展，并在多个领域获得应用。顶部籽晶熔融织构生长技术（TSMTG）是制备高质量单畴YBCO超导块材的重要方法之一，为了进一步获得大尺寸、高性能的超导块材，目前主要采用纳米掺杂来增强材料的磁通钉扎能力进而改善超导体的各项性能。
本文在成功制备出纯净Y2Ba4CuBiOx （YBi2411）粉体的基础上，利用TSMTG法制备了不同YBi2411掺杂含量的YBCO超导块材，并对这类超导块材的表面形貌、磁悬浮力及微观结构进行了比较分析；其次，在YBa2Cu3O7-δ（Y123）初始粉体中掺杂Bi2O3粉体也成功制备出YBCO块材，并对不同Bi2O3添加含量时样品的宏观形貌、磁悬浮力及微观结构进行了分析。最后，研究了温度参数对样品形貌及性能的影响。
我们采用传统的固态烧结法制备出了YBi2411初始粉体。首先，利用热分析技术确定氧化物合成YBi2411粉体时DTA曲线中出现的5个吸热峰，其温度分别为809℃、874℃、950℃、1050℃和1126℃，对应生成了五类不同的化合物；再在合成YBi2411粉体的温度（950℃）附近，对新配的粉体分别在950℃、960℃、970℃、980℃和990℃下进行五次烧结。利用XRD技术分析发现，当烧结温度为980℃时，可制备出较纯净的YBi2411相。
YBi2411掺杂对单畴YBCO超导块材性能的影响有以下几方面：保持Y123:Y211=1:0.4摩尔比不变，当YBi2411掺杂含量x≤8wt%时，相应的样品均围绕籽晶生成了四个完整的扇区，单畴性良好；当x≥8wt%时，样品中的YBCO单畴区逐渐减小，随机成核现象越来越严重；当YBi2411掺杂量为20wt%时，样品表面失去光泽，十字花纹消失，表现出生长停滞的状态。通过对样品磁悬浮力的测试发现，随着添加量的增加，样品磁悬浮力出现先增大后减小的趋势，掺杂量为8wt%的样品的磁悬浮力最大。通过显微结构分析得到，纳米YBi2411粒子弥散分布于Y123基体中，其平均尺寸为100nm-200nm。随着YBi2411掺杂量的逐渐增多，纳米粒子的密度增加并趋于均匀分布，其与基体Y123形成的YBi2411/Y123界面面积增大，样品的磁通钉扎能力增强，磁悬浮性能逐渐提高。再继续增加YBi2411粉体含量，样品中YBi2411粒子的密度越来越大，甚至出现团聚长大的现象，整个样品中非超导相过多，即能够传输超导电流的Y123相减少，从而导致样品磁悬浮力的下降。
Bi2O3掺杂对单畴YBCO超导块材的影响研究工作如下：研究了不同含量Bi2O3掺杂对样品表面形貌、磁悬浮力和微观结构的影响。从形貌上看，在Y123:Y211=1:0.4不变的基础上，当Bi2O3掺杂量介于0wt%~1.5wt%时，均可制备出单畴性好的YBCO超导块材；当掺杂量等于2wt%时，样品围绕籽晶形成一个四方形区域，没有全部长满；Bi2O3掺杂量大于2wt%的样品表面暗淡无光，表现出停止生长的特征。经磁悬浮力测试发现，当Bi2O3添加量小于1.5wt%时，超导块材的磁悬浮力均得到提高，Bi2O3添加量为1.5wt%的样品磁悬浮力最大。显微结构观察分析发现，Bi2O3掺杂也可以在样品内形成YBi2411纳米粒子。Bi2O3添加量在0wt%~1.5wt%的样品，其内部YBi2411纳米粒子与基体Y123形成的界面面积提供了有效的磁通钉扎源。随着Bi2O3掺杂量的增多，有效磁通钉扎源增多，故超导块的磁悬浮力逐渐增大；当掺杂量大于2wt%时，样品内YBi2411纳米粒子团聚变大，致使样品中非超导相增多，降低了超导块材的磁悬浮性能。温度参数的选择对YBCO超导块材形貌影响较大，通过多次试验得到合理的最高熔化温度为1040℃,最佳的生长温区为1023℃~980℃