高温超导涂层导体力—电耦合特性实验分析

发布时间：2017-04-13 12:21

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【摘要】：高温超导涂层导体因其具有高的转变温度、高场下优异的载流能力以及形状的可加工性成为目前应用超导学术界的研究热点之一,在能源、电力输运、材料等领域具有广泛的应用前景。在这些应用中,超导材料均处于极低温、大电流、强磁场复杂环境,超导材料或结构自身承受巨大的电磁体力,引发其结构变形,从而导致超导材料性能的退化,特别是引起超导材料临界电流的退化,这对超导装置的安全、可靠、稳定运行带来严重隐患。因此,针对目前国际上研究热点之YBCO涂层导体开展其变形对临界电流的影响规律实验和理论研究不论是从国家需求还是学科前沿均具有比较重要的科学意义。本硕士学位论文主要针对YBCO涂层导体在轴向拉伸载荷作用下的载流能力、力学性能及V-I特性曲线开展实验研究,获得了一些新现象和结果。主要工作如下:首先,对采用Ni-Cr合金外包套的第一代Bi2223高温超导带材在液氮温度,轴向拉伸载荷作用下的临界电流和力学性能开展了实验研究。结果表明Ni-Cr合金外包套层对Bi2223高温超导带材的传输性能几乎没有影响,该合金外包套层的使用不能有效改善其临界电流随轴向拉伸应变的退化行为。但Ni-Cr合金外包套层的使用可以显著提升该带材的轴向许用拉伸应力,且这种应力提升作用与Ni-Cr合金外包套层厚度呈线性关系。其次,对YBCO涂层导体(YBCO CC)在轴向拉伸应变作用下的V-I特性曲线开展了实验研究。结果表明YBCO涂层导体V-I特性曲线的电压突变点会随着轴向拉伸应变的增加发生变化,其n值在材料的弹性区随轴向拉升应变的变化很小。最后,通过对实验数据的拟合,给出了YBCO涂层导体的V-I特性曲线随轴向拉伸应变的修正公式。同时,建立了YBCO涂层导体轴向拉伸应变和n值之间的计算公式,通过与实验数据的比较,验证了公式的正确性。
【关键词】：高温超导体 Bi2223 YBCO涂层导体 应力 应变 临界电流 力学性能 V-I特性曲线 n值
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM26
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 超导科学简介9-13
• 1.1.1 超导理论发展过程简介10
• 1.1.2 超导材料发展过程简介10-11
• 1.1.3 超导体的分类11-13
• 1.2 实用高温超导材料13-19
• 1.2.1 实用高温超导材料的要求13-14
• 1.2.2 第一代Bi系高温超导带材14-15
• 1.2.3 第二代YBCO涂层导体(YBCO CC)15-17
• 1.2.4 新一代MgB_2超导线(带)材17-18
• 1.2.5 高温超导材料的应用18-19
• 1.3 高温超导材料力学行为的研究意义及现状19-23
• 1.3.1 第一代Bi系高温超导材料力学行为的研究现状19-21
• 1.3.2 第二代YBCO涂层导体力学行为的研究现状21-23
• 1.4 本文的主要工作内容23-25
• 第二章 高温超导力-电-磁多场耦合测试系统25-36
• 2.1 高温超导力-电-磁多场耦合测试系统的构成25-33
• 2.1.1 电流加载和测量系统25-27
• 2.1.2 应力加载和变形测量系统27-30
• 2.1.3 超导磁体系统30-33
• 2.1.4 低温系统33
• 2.2 测试方法和测试功能33-35
• 2.2.1 高温超导材料电流传输特性的测试方法和测试功能33-34
• 2.2.2 高温超导材料力-电-热耦合下的测试方法和测试功能34
• 2.2.3 高温超导材料力-电-磁-热耦合下的测试方法和测试功能34-35
• 2.3 高温超导力-电-磁多场耦合测试系统的主要性能指标35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 Bi系高温超导带材力学性能优化研究36-43
• 3.1 实验36-38
• 3.1.1 实验样品36-37
• 3.1.2 实验原理及过程37-38
• 3.2 实验结果及讨论38-42
• 3.2.1 Ni-Cr合金外包套层对Bi2223电流传输特性的影响38
• 3.2.2 轴向拉载荷作用下Ni-Cr合金外包套层对Bi2223临界电流密度的影响38-40
• 3.2.3 Ni-Cr合金外包套层对Bi2223力学性能的提升作用40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 轴向拉伸应变对YBCO涂层导体V-I特性曲线的影响研究43-52
• 4.1 实验43-45
• 4.1.1 实验样品43
• 4.1.2 实验原理及过程43-45
• 4.2 实验结果讨论45-46
• 4.3 公式的建立及其与实验结果的比较46-50
• 4.3.1 建立公式46-48
• 4.3.2 公式计算结果与实验结果的比较和讨论48-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 结论52-54
• 参考文献54-63
• 在学期间的研究成果63-64
• 致谢64

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本文编号：303620