Минеев Н.А. Мареева А.И.
Покровский С.В., ассистент Руднев И.А., кандидат физико-математических наук, доцент (Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»)
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВТСП КОМПОЗИТОВ
Проведено комплексное исследование магнитных свойств висмутовых высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) композитов, полученных методом холодной прокатки. Определены оптимальные термические параметры отжига при использовании данной технологии изготовления образцов. Обнаружено наличие неуплотненных областей в сверхпроводящем покрытии, оказывающих влияние на локальные сверхпроводящие свойства образца.
Ключевые слова: высокотемпературные сверхпроводники Bi2223, сверхпроводящие композиты, магнитные свойства, сверхпроводящие свойства, термообработка.
MAGNETIC PROPERTIES OF HTS COMPOSITES
The complex investigation of magnetic properties of bismuth high temperature superconductors made by cold rolling method was carried out. There were found the optimal heat treatment parameters for such fabrication method. Moreover there were observed areas with different densification levels which have effect to the local superconductive properties of the sample.
Keywords: high temperature superconductors Bi2223, superconductive composites, magnetic properties, superconductive properties, heat treatment.
Сверхпроводящие ленты на основе Bi2Sr2Ca2Cu3O10-x (Bi2223) благодаря высокой плотности критического тока являются подходящим материалом для использования в электротехнических устройствах. Современная промышленность производит многометровые ленты по технологии «порошок в трубе». Однако существует необходимость разработки технологического процесса, который отличался бы простотой и относительной дешевизной получаемой ленты. В качестве такой базовой технологии выбран метод холодной прокатки лент.
Для определения оптимальных параметров термообработки использовались ВТСП композиты из висмутовой (Bi2223) керамики на серебряной подложке. При их формировании в серебряном бруске прессом выдавливалась канавка для сверхпроводящего порошка, для чего использовался отрезок твёрдосплавного прутка. Таким образом, получалась, так называемая, серебряная «лодочка». Далее в «лодочку» засыпался сверхпроводящий порошок Bi2223, накрывался титановой фольгой и запрессовывался. После этого образец несколько раз прокатывался для уменьшения толщины и уплотнения сверхпроводящего слоя, затем шло спекание и отжиг образца. Процесс спекания происходил в течение пяти часов первоначально при температуре 818оС. Время термообработки было выбрано значительно меньшее оптимального значения, что позволило существенно сократить общее время эксперимента, и сохранить возможность контроля изменений магнитных параметров сверхпроводящих композитов. Образец после формирования проходил несколько этапов прокатки и спекания в температурном диапазоне от 818оС до 833оС с шагом в три градуса. Измерения сверхпроводящих свойств проводились после каждой термообработки.
Магнитный отклик образца измерялся методом сканирующей холловской магнитометрии [1-3], в ходе которой сначала проводится намагничивание охлажденного в жидком азоте образца системой постоянных магнитов с индукцией магнитного поля на поверхности В=0,4Тл, а затем сканирование поверхности и пространственное измерение магнитной индукции с помощью преобразователя Холла на вертикальном расстоянии z=0,5мм от образца. В результа-
те измерений формируется трехмерное распределение вертикальной компоненты Бг захваченного образцом магнитного потока (Рис.1,2). Далее, используя расчет, основанный на инвертировании уравнения Био-Савара, восстанавливается токовая конфигурация 3(х,у), создающая данное распределение поля в сверхпроводнике [1-3]. Исходя из модели критического состояния полученное распределение 3(х,у) соответствует распределению плотности критического тока Зс(х,у) образца.
Рис. 1. Магнитный отклик после формирования образца (Т=818оС)
Рис. 2. Магнитный отклик образца поле спекания при Т=827оС
Основными параметрами исследования были высоты пиков намагниченности и плотности тока, а также их однородность. Однородность пиков определялась визуально и обуславливалась равномерностью механического воздействия при формировании и последующей прокатке образца. При измерении первого образца пик намагниченности, в большинстве случаев, получался ровным с возвышением в центре примерно на 10%. Максимальное значение пика намагниченности было обнаружено после спекания при Т=827°С. В отличие от однородного пика намагниченности распределение тока сильно искривлено. Первоначально равные пики затем отличаются на 40%, а далее и на 60%. Это обуславливалось вариацией толщины сверхпроводящего покрытия в поперечном сечении, а следовательно и его плотности. Это было подтверждено исследованиями на профилометре.
Второй образец демонстрировал менее однородный пик намагниченности, а, следовательно, и пик плотности тока. Однако на нем тоже наблюдалось улучшение сверхпроводящих свойств при увеличении температуры термообработки до Т=827°С.
По результатам измерений была определена оптимальная температура термообработки, которая для обоих образцов составила Т °пт=827 ° С.
В результате работы было проведено комплексное исследование магнитных свойств сверхпроводящих композитов, сделаны выводы об оптимальных термических параметрах в данной технологии изготовления образцов. Кроме того, было указано на наличие неуплотненных областей в сверхпроводящем покрытии.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, ГК 16.513.11.3061.
ЛИТЕРАТУРА
1. Подливаев А.И. и др. // Инженерная физика. 2007. № 5. С. 18-25.
2. Pokrovski S. et al // Journal of Physics: Conf. Ser. 2009. V. 150 P.052211.
3. RudnevI. A. et al // IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 2012. V. 22. 3. 9001304
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.