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基本信息

項(xiàng)目名稱：
銀/鎳復(fù)合包套鉍系超導(dǎo)帶材熱處理工藝與性能研究
小類：
能源化工
簡介：
采用粉末套管的方法制備銀/鎳復(fù)合包套鉍系超導(dǎo)帶材，鎳和超導(dǎo)粉末之間的Ag作為保護(hù)層，可以防止鎳和超導(dǎo)粉末發(fā)生反應(yīng)。將樣品在8.5%O2（N2為平衡氣）的氣氛中進(jìn)行兩次熱處理，采用掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀分析樣品中的微觀形貌和相組成，采用四引線法測量樣品的臨界電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過兩次熱處理后樣品中的主相為Bi-2223相，其含量約為90%，樣品的臨近電流密度為1.46×104A/cm2。
詳細(xì)介紹：
高溫超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用是改造國家電力電網(wǎng)系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)大型城市大容量、高密度安全供電的理想途徑。但是其原材料中貴金屬銀或銀合金體積為60%，因而導(dǎo)致其成本很高，制約其商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。因此采用價(jià)格低廉的鎳部分替代銀或銀合金，制備銀/鎳復(fù)合包套鉍系超導(dǎo)帶材（Bi-2223/Ag/Ni帶材）是目前最具可行性的制備低成本高性能鉍系超導(dǎo)帶材的方法之一。本文采用粉末套管的方法（Powder in Tube，PIT）制備了Bi-2223/Ag/Ni超導(dǎo)帶材，鎳和超導(dǎo)粉末之間的Ag作為保護(hù)層，可以防止鎳和超導(dǎo)粉末發(fā)生反應(yīng)。采用砂磨的方法將帶材一側(cè)的鎳去除，使氧可以在環(huán)境氣氛與帶材內(nèi)部的超導(dǎo)材料之間進(jìn)行交換。將樣品在8.5%O2（N2為平衡氣）的氣氛中進(jìn)行兩次熱處理，兩次熱處理之間進(jìn)行單向壓制處理，采用掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀分析樣品中的微觀形貌和相組成，采用四引線法測量樣品的臨界電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過兩次熱處理后樣品中的主相為Bi-2223相，其含量約為90%，樣品的臨近電流密度為9307A/cm2。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

鉍系高溫超導(dǎo)帶材是目前唯一可規(guī)?；a(chǎn)的高溫超導(dǎo)材料，原材料中存在大量昂貴銀和銀合金是鉍系高溫長帶材生產(chǎn)成本居高不下的重要原因。這也是限制鉍系高溫超導(dǎo)帶材市場化大規(guī)模應(yīng)用的最主要的原因。本研究就是采用比較廉價(jià)的金屬鎳來代替金屬銀或銀合金，通過合理的熱處理工藝，獲得比較高的臨界電流密度，已達(dá)到在滿足性能要求的前提下，降低鉍系高溫超導(dǎo)超導(dǎo)帶材的生產(chǎn)成本的目的。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

將超導(dǎo)粉末壓制成粉棒，裝進(jìn)純銀管內(nèi)，然后插入鎳管中，再拔至線材，然后軋制成帶材。去除帶材的一側(cè)的鎳，解決了包套材料的透氧問題，阻止鎳的進(jìn)一步氧化和阻止鎳往銀和超導(dǎo)材料中擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料與環(huán)境氣氛之間的氧交換，為主相Bi-2223的生成提供必要的條件。以金屬鎳替代銀或者銀合金，采用復(fù)合包套技術(shù)制備鉍系高溫超導(dǎo)帶材，通過優(yōu)化帶材熱處理工藝參數(shù)，可以大幅度降低鉍系高溫超導(dǎo)帶材的原材料生產(chǎn)成本。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

原材料中的銀和銀合金是鉍系高溫長帶材生產(chǎn)成本居高不下的重要原因。采用銀/鎳復(fù)合套管的方法制備鉍系高溫超導(dǎo)帶材（Bi-2223/Ag/Ni帶材）。目前，鎳的價(jià)格（約0.025$/g）不到銀的價(jià)格的5%，且強(qiáng)度為銀的2~3倍，用鎳或者鎳合金代替銀合金可使原材料成本降低40%左右，使生產(chǎn)成本降低20～30%，并有可能提高帶材的均勻性和超導(dǎo)性能。對于推動(dòng)鉍系超導(dǎo)帶材的大規(guī)模市場化應(yīng)用具有十分重要的意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

采用價(jià)格低廉的鎳部分替代銀或銀合金，制備銀/鎳復(fù)合包套鉍系超導(dǎo)帶材（Bi-2223/Ag/Ni帶材）是目前最具可行性的制備低成本高性能鉍系超導(dǎo)帶材的方法之一。本文采用粉末套管的方法（Powder in Tube，PIT）制備了Bi-2223/Ag/Ni超導(dǎo)帶材，鎳和超導(dǎo)粉末之間的Ag作為保護(hù)層，可以防止鎳和超導(dǎo)粉末發(fā)生反應(yīng)。采用砂磨的方法將帶材一側(cè)的鎳去除，使氧可以在環(huán)境氣氛與帶材內(nèi)部的超導(dǎo)材料之間進(jìn)行交換。將樣品在8.5%O2（N2為平衡氣）的氣氛中進(jìn)行兩次熱處理，兩次熱處理之間進(jìn)行單向壓制處理，施加的壓力為1.5GPa。采用掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀分析樣品中的微觀形貌和相組成，采用四引線法測量樣品的臨界電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過兩次熱處理后樣品中的主相為Bi-2223相，其含量約為90%，樣品的臨近電流密度為9307A/cm2。

獲獎(jiǎng)情況

2010年11月2-4日在日本筑波舉辦的23 rd International Symposium on Superconductivity 會(huì)議上發(fā)表。 2011年2月被 Physica C期刊（SCI）接收，將于近期發(fā)表。 2011年4月獲得“挑戰(zhàn)杯“東北大學(xué)秦皇島分校課外學(xué)術(shù)科技作品競賽特等獎(jiǎng)。 2011年5月獲得“挑戰(zhàn)杯“2011河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎(jiǎng)。

鑒定結(jié)果

情況屬實(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李明亞.鉍系超導(dǎo)帶材熱處理過程中的氧化還原反應(yīng)和性能研究:[博士學(xué)位論文].北京: 清華大學(xué), 2004 [2] 翟體明.鉍系高溫超導(dǎo)帶材熱處理過程中的相變及物理性能研究:[博士學(xué)位論文].北京:清華大學(xué), 2007 [3] Grivel J-C. Composite metallic sheathes: the key to low-cost, high strength (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10-based tapes? Supercond. Sci. Technol. 2007, 20: 1059-1064

同類課題研究水平概述

在國外，1998年，Huang等人就報(bào)道了鎳及其氧化層對多芯鉍系超導(dǎo)帶材交流損耗的影響。此后Yamada等人的研究結(jié)果證明了Ag/Ni復(fù)合帶可以作為制備Bi-2212帶材的基帶。Hirano等人研究鍍銀鎳絲在Bi-2223中的特性，表明銀可以有效地阻擋鎳與超導(dǎo)材料之間的擴(kuò)散與反應(yīng)。日本的Ogawa等人采用噴射沉積技術(shù)成功地在Ni和NiO基底上制備出了Bi-2223厚膜，丹麥的Grivel采用銀和鎳雙金屬包覆的方法制備出了Bi-2223單芯超導(dǎo)短帶材，但Grivel僅制備了單芯短樣品，沒有對帶材進(jìn)行熱處理工藝優(yōu)化的研究。在國內(nèi)，2009年，由重慶大學(xué)和北京英納超導(dǎo)有限公司共同承擔(dān)的科研項(xiàng)目 “銀/鎳復(fù)合包套技術(shù)制備低成本鉍系超導(dǎo)帶材研究”獲得的國家863計(jì)劃的資助，項(xiàng)目組現(xiàn)也已基本制備出鎳包套Bi系超導(dǎo)帶材。綜上所述，采用鎳作為包覆材料制備Bi-2223超導(dǎo)帶材是可行的，這為本文的研究工作奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
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