(Bi,Pb)-2223/Ag超导带材静态熔化工艺研究

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虽然银包套(Bi,Pb)-2223(以下简称Bi-2223/Ag)带材已经是目前唯一工业化生产应用的高Tc超导带材,但是,由于传统PIT制备工艺内在所固有的局限性,其平均临界电流密度Jc仅能达到而不能充分满足工业、商业化广泛的生产和应用。本文试图用一种新的平衡反应途径来制备Bi-2223/Ag带材。本研究的目的就是通过Bi-2223带材的静态熔化工艺研究,探索2223相平衡可逆转变的可能性、确定2223相平衡可逆转变的条件。本文分别研究了改进的草酸盐共沉淀法前驱粉末和带材的制备(PIT法)以及热处理工艺参数,如最高热处理温度、保温时间和升降温速率对带材芯部2223相分解-再形成的影响。 实验采用改进的草酸盐共沉淀法制备原始粉末,并经过多次烧结和中间研磨最终得到2223相含量大于94%的前驱粉末,然后按照PIT法制备出芯部几乎全部为Tc较高的2223相的原始单芯带材。 在差热分析测定单芯Bi-2223/Ag带材熔化温度的基础上,参考已有研究基础,通过低氧压(7.5%O2)条件下的系列熔化处理,分析了热处理工艺参数对带材芯部相组成和微观结构的影响。试验结果显示,如果选择合适的热处理工艺参数,经熔化分解的 2223相可以在随后缓慢冷却的过程中平衡可逆再生成。其中,最高热处理温度TP、保温时间和升降温速率都能显著地影响带材芯部2223的熔化分解-再形成,并导致截然不同的分解-再形成途径。 当TP=850~860℃时,2223相发生部分分解,但在随后缓慢冷却的过程中却可以直接从液相中再形成,此过程中,未发现2212相的参与,这与传统的2223相的非平衡形成途径截然不同,从而证明了2223相平衡转变的可能性;当TP=865℃时,2223相全部分解,但其回复过程却经历了两种不同的途径:一是少量2223相直接从液相中再生成;二是先从液相中析出2212相,在随后继续冷却过程中再转变为2223相。由于2212相转变为2223相所固有的迟缓特性,在本实验的冷却条件下,完全分解的2223相只能部分得到回复。 在一定最高处理温度下,保温时间对2223相的分解-再形成过程也至关重要。如果保温时间过长,如超过1h,带材芯部将完全分解,从而导致2223只能得到部分回复;但时间过短,如10min,2223还没有来得及发生分解,这样也达不到熔化处理的效果。实验表明,Bi-2223/Ag带材的熔化处理,需要熔化处理温度与保温时间的合理匹配。 采用不同升降温速率熔化处理的结果显示,只有以5℃/h加热并以1.5℃/h缓慢冷却的带材其芯部2223熔化分解后才能够得到完全回复;其余不同的升降温速率2223均是由在开始冷却阶段生成的2212转变而来,并最终导致仅有部分的2223得到再形成。升温速率过大,如10℃/h,将使2223的熔化分解推迟到一个更低的温度;降温速率过大,如以6℃/h缓慢冷却的带材,则将使2212的形成以及2212向2223的转变推迟到一个更低的温度。
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