Bi2212多芯丝超导线材的力电性能研究

发布时间：2020-05-20 14:49

【摘要】：高温超导材料具有较高的临界温度,临界磁场和临界电流。在能源,交通,医疗,科研等领域有着很大的应用潜力。面向实际应用的超导材料的改进和研发已成为超导科学研究的热点问题,其中Bi_2Sr_2Ca_1Cu_2O_(8+x)(Bi2212)线材由于其优异的超导性能和独特的材料结构,在工程应用中有着很大的潜力。Bi2212多芯丝超导复合材料由许多细微的超导芯丝,银质基体和合金外套层组成。Bi2212是一种类陶瓷材料,其本身韧性很差,在力学载荷下极易发生断裂从而降低线材的临界电流。由于制备手段的限制,成品的Bi2212线材中存在大量空隙和夹杂,这使得材料在力载荷下的临界电流退化更加严重。其次,Bi2212的超导性能与其组分元素的比例密切相关。本文主要针对Bi2212线材的力电性能进行研究。基于理论模型分析了线材临界电流密度和力学强度的变化规律以及应力应变特性,结合数值结果讨论了参数的影响并对Bi2212线材的优化提出一些有价值的参考。第二章对Bi2212多芯丝线材在受压时临界电流退化的问题进行了研究。Bi2212线材可以被近似看作一种纤维增强的复合材料进行分析,通过双组分的屈曲模型,考虑空隙和热残余应力的影响,可以得到Bi2212线材在受压情况下的芯丝屈曲波长和载荷的关系。结合已有实验数据,建立线材临界电流和压缩载荷的关系,并对线材中各参数的影响进行了分析。最后,考虑了芯丝中的桥接对屈曲行为的影响,使用有限元分法进行了定性的分析。第三章对Bi2212多芯丝线材在受拉时超导线材的强度进行了研究。通过使用多级模型,同时考虑计算模型的断裂芯丝的载荷传递和失效稳定性的影响,得到在给定载荷下线材的失效概率。通过计算发现线材中芯丝束的强度具有尺寸效应,且受到基体剪切强度的影响。第四章对Bi2212多芯丝线材在承载电流时的临界电流特性进行了研究。电流在缺陷处的分布可以由基本电学定理得到。由于超导体的分流行为和脆性材料的断裂行为有着很多的相似之处,第三章使用的多级递推模型在这里依然适用。通过计算可以得到线材在承载电流时的失效概率,并发现线材在承载电流时同样表现出了明显的尺寸效应,进一步对线材的电学参数及计算模型的合理性进行了相关的讨论。第五章对Bi2212多芯丝线材受拉伸载荷时应力应变特性进行了研究。通过建立包含随机变量的短纤维错位排列的纤维束半解析模型,对外加载荷不断增大过程中芯丝束的断裂过程进行模拟,并以此计算出线材拉伸曲线。计算得到的数值结果与已有的实验结果有着很高的匹配程度。
【图文】：

示意图,零电阻效应,迈斯纳效应,示意图

技术投入工程应用。中间经历了相对漫长的发展过程。直到现在，超导技术在基础研究及工程应用中依然存在很多问题。因此，超导科学的相关研究依然有着十分重要的意义。本章首先对超导科学理论的发展进行简单的回顾，之后对超导材料的发展进行介绍，最后特别介绍了 Bi2212 多芯丝超导线材的一些相关研究。1.1 超导科学简介1.1.1 超导发展简介按照超导科学的发展历程，人们对于超导的相关研究大致可以分为以下三个阶段[1]：首先，在超导发现后的近五十年，是人们对超导现象的探索和认识的阶段，其间科学家们建立了许多超导相关理论，力求阐述超导的本质；随后三十年中，随着实验室技术的快速发展，超导材料，超导电子器件等领域不断发展，为超导技术的应用储备了宝贵的经验；直到 1986 年，高温同氧化物超导体的发现使人们似乎找到了超导应用的可能。目前，超导技术已在电能输送,线圈储能,磁悬浮列车,受控热核反应等众多领域展现出极高的应用价值。

超导材料,铜氧化物,超导体

大学硕士研究生学位论文第一章知的温度最高的超导材料[19]。目前，可以实用的超导材料中，，有很大一部分是铜氧化物超导体。这主1 铜氧化物超导体具有较高的临界温度，大多超过 77K，只需要液氮较低；2 铜氧化物超导体是一种混和物，中间有些许氧化铜平面，属于理想超导体，有着很高的临界电流密度和上临界磁场[20, 21]。然而，铜氧体在实际应用中还存在着一些问题需要解决[22]：首先，成品的超导材料较强的承载电流的能力[23]；此外，铜氧化物微观层状结构使其交流损耗要对材料本身和成品结构进行不断优化[24, 25]；另外，超导材料在工作中，热应力等力学载荷作用，而其大多属于陶瓷材料，易发生脆性破坏，力学承载能力进行优化[26-30]；最后，大范围使用的超导材料在保证使用础上对其制造成本上应当有所控制[31, 32]。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O511.3

【参考文献】