Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Влияние пористости Bi2212 проводников критическую плотность тока

2011, Tом 8, выпуск 3
Тематика: ВТСП материалы 1-го поколения

Ученые из Центра Прикладной Сверхпроводимости и Национальной Лаборатории Сильных Магнитных Полей, Государственный Университет Флориды, США, исследовали влияние пористости на критическую плотность тока в наиболее многообещающем для получения сильных магнитных полей ВТСП соединении Bi2Sr2CaCu2Ox  (Bi2212). Многожильные провода круглого сечения на основе Bi2212 изготавливаются по методу «порошок в трубке», при котором порошок Bi2212, находящийся в серебряных трубках, расплавляется, а затем медленно охлаждается с образованием зерен сверхпроводника.

Жилы в проводах, изготовленных таким методом, не совсем плотные, их остаточная пористость составляет примерно 30-40%. Как показали исследования ученых, поры внутри жил, находящихся в расплавленном состоянии, собираются в большие полости, диаметр которых может превосходить диаметр самих жил, таким образом, нарушается связность зерен Bi2212 и уменьшается критическая плотность тока. Во время охлаждения проводника полости, ранее образовавшиеся при расплавлении, частично заполняются зернам Bi2212.

Для того чтобы выделить и исследовать микроструктуру отдельной жилы, а также исключить влияние связи между жилами на значения критических характеристик, был изготовлен специальный образец с меньшей плотностью жил, для этого часть сверхпроводящих жил в нем была заменена серебряными прутками. Изображения отдельной жилы после стравливания серебряной оболочки представлены на рис. 1. На поверхности жилы никаких полостей не видно, однако во внутренней микроструктуре, выявленной с помощью ионной микроскопии (FIB), даже после заполнения полостей зернами Bi2212, пористость структуры не исчезает, связность жил восстанавливается не полностью, что приводит к тому, что максимальная критическая плотность тока не достигается.

Рис. 1. Отдельно выделенная жила в момент формирования зерен Bi2212. (а) Изображение поверхности, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. (b) Изображение внутренней пористой микроструктуры, полученное с помощью ионной микроскопии.

Ученые исследовали влияние пористости на критическую плотность тока при различных скоростях охлаждения проводника. Микроструктура проводов исследовалась двумя способами: с помощью сканирующего электронного микроскопа и синхротронной рентгеновской микротомографии. Оба метода дают сходные результаты. Полости, возникающие из-за скопления пор в расплавленном состоянии, заполняются не полностью. Более того, во время тепловой обработки внутреннее давление газа, образующего поры, смещает расплав к концам провода, снижая плотность сверхпроводника в его центральной части, следовательно, уменьшается критическая плотность тока. Зависимость критической плотности тока от пористости представлена на рис. 2. Значения пористости, представленные на графике, снимались в моменты образования зерен сверхпроводника внутри пор, так как неоднородность пор на этой стадии производства меньше, чем в готовых проводах.

Рис. 2. Зависимость критической плотности тока образцов от пористости.

Рис. 3. Сравнение плотности и критического тока для 17 коротких образцов.

Для того чтобы выяснить, каким именно образом происходит снижение критических характеристик в длинномерных образцах, ученые провели еще одно исследование. Образец длиной около 1 м после термообработки был разрезан на 17 коротких образцов длиной 5 см, для каждого из которых измерялась критическая плотность тока и масса. В ходе экспериментов было обнаружено сильное снижение плотности критического тока с расстоянием от концов провода. Критический ток, измеренный для центрального образца, на 25% меньше критического тока крайних образцов. Более того, критический ток и масса образца оказались сильно коррелированными. Изменение массы провода на 2,5% приводит к изменению критического тока на 25%. Результаты измерений критического тока и массы, представлены на рис. 3. Изменения плотности проводника происходят на длине порядка сантиметра, что намного больше диаметра жилы (15 мкм).  Причиной изменения плотности является давление внутреннего газа, из-за которого при термообработке возникают полости, почти полностью заполняющие диаметр жилы.

Ученые пришли к выводу, что снижение критических характеристик длинномерных проводников, в сравнении с короткими образцами, возникает из-за нарушения связности зерен Bi2212 внутри жил. Увеличение плотности материала перед термообработкой, контроль внутреннего давления во время термообработки и поиск других методов сокращения объема полостей – верный путь к увеличению критической плотности тока проводов Bi2212.

1. Superconductor Science and Technology, v.24, N7, 75009, 75016

Н.С.Вохмянина

Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.