REBCO涂层超导复合带材剥离强度的实验研究
发布时间：2021-01-13 04:13
REBCO涂层高温超导带材因具有较高的临界温度和临界电流等优点而在众多高新技术与应用领域中得到广泛重视。然而,高温超导是脆性材料,往往被制备成多层复合结构,各层厚度不一,层间结合强度不均,很容易发生剥离甚至开裂破坏。本文主要针对REBCO涂层高温超导带材层间强度进行了实验研究,提出一种在实验室中简单易行的、包含复合带材样品固定和施加载荷的测试方法。通过将超导复合带材样品固化于环氧树脂中、采用3D打印技术实现加载模具和样品固定,以及电子扫描显微镜观测分层特征等,实现了REBCO涂层高温超导带材横向拉伸剥离强度、纵向剪切强度的实验测试。通过本文研究,获得了一些针对REBCO涂层高温超导带材层间界面力学相关的基础参数和实验表征结果。对于复合带材的横向拉伸剥离现象,实验发现剥离强度整体上分布在2.19 MPa2.51 MPa,均值为2.34 MPa,最大相对误差为9.09%,分散性较小。带材的剥离位置主要分布在超导层与缓冲层交界处,其次在超导层内部、超导层与银层交界处。进一步的数值讨论结果表明:缺陷的存在使得超导复合带材更易发生剥离行为,带材与环氧树脂的粘连则一定程度上增...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超导特性：(a)零电阻效应[1]；(b)Meissner效应[2]
兰州大学硕士学位论文REBCO涂层超导复合带材剥离强度的实验研究2随着对超导体的研究日益深入，学者们发现，超导体是否处于超导态不仅与环境温度有关，而且与背景磁场和承载电流也有重要联系。也就是说，临界温度Tc、临界磁场强度Hc和临界电流Ic是判断超导体是否处于超导态的重要参数[3]。当仅仅满足其中一个或两个条件时，并不能使超导体显示超导性，而且三个临界参数之间相互独立又相互影响，只有同时满足三个临界参数，超导体才显示出超导性，否则，不显示超导性。图1-2给出了由超导体的三个临界参数组成的临界曲面。图1-2超导材料临界参数[3]根据临界磁场强度Hc，可以将超导体分为Ⅰ型和Ⅱ型。如图1-3给出了两类超导体在磁场中区别，对Ⅰ型，当外界磁场强度大于Hc时，超导态会被破坏。而Ⅱ型超导体则有两个临界磁场强度，Hc1和Hc2。当外界磁场强度处于Hc1和Hc2之间时，部分磁场会穿透材料，其内部超导态和正常态共存，处于超导涡旋状态。当外界磁场强度大于Hc2时，超导态也会被破坏。Ⅰ型超导体大部分是纯元素类，而其余的组合元素类几乎都是Ⅱ型超导体。一百年以来，学者们对超导现象的微观物理机制的探究一直没有停止。早在1934年，荷兰物理学家Gorter和Casimir[4]利用二流体模型对零电阻现象进行了数学描述，但不能解释完全抗磁性。基于他们的研究，London兄弟提出了经典的超导电性理论模型——London方程[5]，它将超导体中的电流和超导体内外的电磁场联系起来，不仅描述了超导体的零电阻特性，而且得到了超导体内的磁感应强度，很好地解释了完全抗磁性。进一步，将London方程和安培定律相结合，预测出超导体表面磁通穿透深度的存在（即London穿透深度）。1953年，Pippard[6]基于非局域理论修正了London方程，?
兰州大学硕士学位论文REBCO涂层超导复合带材剥离强度的实验研究3图1-3(a)第Ⅰ类超导体；(b)第Ⅱ类超导体[5]1950年，苏联科学家Landau和Ginzburg[7]基于Landau二级相变理论提出了一种唯象超导理论——Ginzburg-Landau理论，该理论能够描述超导电流与强磁场（磁场强度接近Hc）关系，解释了一些超导现象。1957年，美国物理学家提出了BCS理论[8]，认为超导电性是由库珀对所引起的微观效应。电子之间存在着电声子交互作用，使动量和自旋相反的电子之间以一定的结合能配对，称之为库珀对。当低于临界温度Ic时，晶格原子振动减弱，库珀对之间的结合能比较高，两者之间没有能量交换，库珀对在超导体中移动没有损耗，形成超导电流。BCS理论成功解释了传统超导体的微观机理。1959年，Gor"kov[9]在BCS理论基础上建立了一组Ginzburg-Landau方程，并对其中的参数进行了微观解释，将描述宏观现象的理论和微观机理联系了起来。近些年来，不断有临界温度更高的超导材料被发现，现有理论尚无法解释其超导电性的微观机理，高温超导材料的理论研究仍任重道远。1.2超导材料的发展和应用1.2.1超导材料发展自Onnes首次发现超导现象以后，学者们一直致力于发现新的超导材料。经过100多年的发展，超导材料已经超过了5000多种，其中主要包括单元素类（如铅和水银）、合金类（如铌钛合金）、氧化物类（REBCO）和有机类（碳纳米管）等，超导材料的临界温度也在逐渐提高。从图1-4中可以发现，在最开始的20年内，超导材料的研究以金属元素为主，比如Pb、Sn、Nb等，通常这类单元素超导体的临界温度、临界磁尝临界电流都很低。20世纪50年代至70年代，Nb3Sn、
本文编号：2974194
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超导特性：(a)零电阻效应[1]；(b)Meissner效应[2]
兰州大学硕士学位论文REBCO涂层超导复合带材剥离强度的实验研究2随着对超导体的研究日益深入，学者们发现，超导体是否处于超导态不仅与环境温度有关，而且与背景磁场和承载电流也有重要联系。也就是说，临界温度Tc、临界磁场强度Hc和临界电流Ic是判断超导体是否处于超导态的重要参数[3]。当仅仅满足其中一个或两个条件时，并不能使超导体显示超导性，而且三个临界参数之间相互独立又相互影响，只有同时满足三个临界参数，超导体才显示出超导性，否则，不显示超导性。图1-2给出了由超导体的三个临界参数组成的临界曲面。图1-2超导材料临界参数[3]根据临界磁场强度Hc，可以将超导体分为Ⅰ型和Ⅱ型。如图1-3给出了两类超导体在磁场中区别，对Ⅰ型，当外界磁场强度大于Hc时，超导态会被破坏。而Ⅱ型超导体则有两个临界磁场强度，Hc1和Hc2。当外界磁场强度处于Hc1和Hc2之间时，部分磁场会穿透材料，其内部超导态和正常态共存，处于超导涡旋状态。当外界磁场强度大于Hc2时，超导态也会被破坏。Ⅰ型超导体大部分是纯元素类，而其余的组合元素类几乎都是Ⅱ型超导体。一百年以来，学者们对超导现象的微观物理机制的探究一直没有停止。早在1934年，荷兰物理学家Gorter和Casimir[4]利用二流体模型对零电阻现象进行了数学描述，但不能解释完全抗磁性。基于他们的研究，London兄弟提出了经典的超导电性理论模型——London方程[5]，它将超导体中的电流和超导体内外的电磁场联系起来，不仅描述了超导体的零电阻特性，而且得到了超导体内的磁感应强度，很好地解释了完全抗磁性。进一步，将London方程和安培定律相结合，预测出超导体表面磁通穿透深度的存在（即London穿透深度）。1953年，Pippard[6]基于非局域理论修正了London方程，?
兰州大学硕士学位论文REBCO涂层超导复合带材剥离强度的实验研究3图1-3(a)第Ⅰ类超导体；(b)第Ⅱ类超导体[5]1950年，苏联科学家Landau和Ginzburg[7]基于Landau二级相变理论提出了一种唯象超导理论——Ginzburg-Landau理论，该理论能够描述超导电流与强磁场（磁场强度接近Hc）关系，解释了一些超导现象。1957年，美国物理学家提出了BCS理论[8]，认为超导电性是由库珀对所引起的微观效应。电子之间存在着电声子交互作用，使动量和自旋相反的电子之间以一定的结合能配对，称之为库珀对。当低于临界温度Ic时，晶格原子振动减弱，库珀对之间的结合能比较高，两者之间没有能量交换，库珀对在超导体中移动没有损耗，形成超导电流。BCS理论成功解释了传统超导体的微观机理。1959年，Gor"kov[9]在BCS理论基础上建立了一组Ginzburg-Landau方程，并对其中的参数进行了微观解释，将描述宏观现象的理论和微观机理联系了起来。近些年来，不断有临界温度更高的超导材料被发现，现有理论尚无法解释其超导电性的微观机理，高温超导材料的理论研究仍任重道远。1.2超导材料的发展和应用1.2.1超导材料发展自Onnes首次发现超导现象以后，学者们一直致力于发现新的超导材料。经过100多年的发展，超导材料已经超过了5000多种，其中主要包括单元素类（如铅和水银）、合金类（如铌钛合金）、氧化物类（REBCO）和有机类（碳纳米管）等，超导材料的临界温度也在逐渐提高。从图1-4中可以发现，在最开始的20年内，超导材料的研究以金属元素为主，比如Pb、Sn、Nb等，通常这类单元素超导体的临界温度、临界磁尝临界电流都很低。20世纪50年代至70年代，Nb3Sn、
本文编号：2974194
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/2974194.html
