基本信息
- 項目名稱：
- 銀/鎳復合包套鉍系超導帶材熱處理工藝與性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 采用粉末套管的方法制備銀/鎳復合包套鉍系超導帶材，鎳和超導粉末之間的Ag作為保護層，可以防止鎳和超導粉末發(fā)生反應。將樣品在8.5%O2（N2為平衡氣）的氣氛中進行兩次熱處理，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。實驗結果表明經(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。
- 詳細介紹：
- 高溫超導技術的應用是改造國家電力電網(wǎng)系統(tǒng)和實現(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%，因而導致其成本很高，制約其商業(yè)化大規(guī)模生產。因此采用價格低廉的鎳部分替代銀或銀合金，制備銀/鎳復合包套鉍系超導帶材（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超導帶材，鎳和超導粉末之間的Ag作為保護層，可以防止鎳和超導粉末發(fā)生反應。采用砂磨的方法將帶材一側的鎳去除，使氧可以在環(huán)境氣氛與帶材內部的超導材料之間進行交換。將樣品在8.5%O2（N2為平衡氣）的氣氛中進行兩次熱處理，兩次熱處理之間進行單向壓制處理，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。實驗結果表明經(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
- 鉍系高溫超導帶材是目前唯一可規(guī)?；a的高溫超導材料，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成本居高不下的重要原因。這也是限制鉍系高溫超導帶材市場化大規(guī)模應用的最主要的原因。本研究就是采用比較廉價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，已達到在滿足性能要求的前提下，降低鉍系高溫超導超導帶材的生產成本的目的。
科學性、先進性及獨特之處
- 將超導粉末壓制成粉棒，裝進純銀管內，然后插入鎳管中，再拔至線材，然后軋制成帶材。去除帶材的一側的鎳，解決了包套材料的透氧問題，阻止鎳的進一步氧化和阻止鎳往銀和超導材料中擴散，實現(xiàn)超導材料與環(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，采用復合包套技術制備鉍系高溫超導帶材，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帶材的原材料生產成本。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 原材料中的銀和銀合金是鉍系高溫長帶材生產成本居高不下的重要原因。采用銀/鎳復合套管的方法制備鉍系高溫超導帶材（Bi-2223/Ag/Ni帶材）。目前，鎳的價格（約0.025$/g）不到銀的價格的5%，且強度為銀的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，使生產成本降低20～30%，并有可能提高帶材的均勻性和超導性能。對于推動鉍系超導帶材的大規(guī)模市場化應用具有十分重要的意義。
學術論文摘要
- 采用價格低廉的鎳部分替代銀或銀合金，制備銀/鎳復合包套鉍系超導帶材（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超導帶材，鎳和超導粉末之間的Ag作為保護層，可以防止鎳和超導粉末發(fā)生反應。采用砂磨的方法將帶材一側的鎳去除，使氧可以在環(huán)境氣氛與帶材內部的超導材料之間進行交換。將樣品在8.5%O2（N2為平衡氣）的氣氛中進行兩次熱處理，兩次熱處理之間進行單向壓制處理，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。實驗結果表明經(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。
獲獎情況
- 2010年11月2-4日在日本筑波舉辦的23 rd International Symposium on Superconductivity 會議上發(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“東北大學秦皇島分校課外學術科技作品競賽特等獎。 2011年5月獲得“挑戰(zhàn)杯“2011河北省大學生課外學術科技作品競賽一等獎。
鑒定結果
- 情況屬實。
參考文獻
- [1] 李明亞.鉍系超導帶材熱處理過程中的氧化還原反應和性能研究:[博士學位論文].北京: 清華大學, 2004 [2] 翟體明.鉍系高溫超導帶材熱處理過程中的相變及物理性能研究:[博士學位論文].北京:清華大學, 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等人就報道了鎳及其氧化層對多芯鉍系超導帶材交流損耗的影響。此后Yamada等人的研究結果證明了Ag/Ni復合帶可以作為制備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材料之間的擴散與反應。日本的Ogawa等人采用噴射沉積技術成功地在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單芯超導短帶材，但Grivel僅制備了單芯短樣品，沒有對帶材進行熱處理工藝優(yōu)化的研究。在國內，2009年，由重慶大學和北京英納超導有限公司共同承擔的科研項目 “銀/鎳復合包套技術制備低成本鉍系超導帶材研究”獲得的國家863計劃的資助，項目組現(xiàn)也已基本制備出鎳包套Bi系超導帶材。綜上所述，采用鎳作為包覆材料制備Bi-2223超導帶材是可行的，這為本文的研究工作奠定了理論和實驗基礎。
