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Bi_2Sr_2CaCu_2O_(x+8)超导厚膜的制备及物性分析

毕月  
【摘要】:由于Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+x )(Bi-2212)超导体在高场低温下有很高的临界电流密度、可塑性好、易加工成材等特点,在工业上有着广阔的应用前景。所以这种超导材料在电力设备和强磁体等领域是最具应用潜力的高温超导体,如滤波器、限流器、超导强磁体、核磁共振谱仪。因而制备低成本、高性能的Bi系超导厚膜技术成为目前实用高温超导材料的研究热点。 本论文研究了Bi-Sr-Ca-Cu-O体系的相关系,并且系统地研究了通过商业前驱粉用化学溶液方法制备Bi-2212超导厚膜的工艺。从低成本和规模化生产的角度考虑,化学溶液方法是最具产业化前景的厚膜制备技术。本文的研究工作主要包括局部熔融最高烧结温度、固相烧结温度、氧气氛、降温速度等。通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜、电阻与温度曲线等表征,探讨了这种厚膜的形貌结构和超导性能。 Bi-2212相的超导转变温度在80-90K左右,它的实现依赖于热处理工艺的精确控制。研究方法是在单晶衬底上将配备好的溶液用旋涂法制备出性能更好的厚膜,最佳的热处理工艺需要通过一系列比较实验和进一步的优化实验来寻找,包括热处理参数、氧分压、退火温度。首先,研究了在局部熔融烧结阶段最高温度对Bi-2212厚膜的转变温度的影响,最高温度主要是提供Bi-2212相形成过程中一个局部融熔的状态,以促进Bi-2212相的包晶反应,使Bi-2212晶粒在液相环境中生长,而在后续的冷却过程中,通过可逆包晶反应形成Bi-2212相。然后,我们发现从局部熔融最高温降温到固相温度的过程中,冷却率必须足够慢,厚膜才会从周围气氛中吸收氧,使其在液态下固体包晶相分解,以提供进一步的动力。 通过对Bi-2212厚膜制备工艺的研究分析发现,获得高度c轴取向织构厚膜的最佳烧结温度和固相温度分别为888°C和845°C,之后降温速度选择随炉自然降温且在pO_2=0.1atm气氛中。而且在最佳工艺条件下制得的Bi-2212厚膜表现出良好的超导性能,其超导转变温度点T_c~(onset)达到93.3K。但是要减少Bi-2212厚膜中的第二相,获得高质量且快速转变的Bi-2212超导厚膜还有待于进一步的研究。


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