REBCO涂層超導(dǎo)復(fù)合帶材剝離強度的實驗研究
發(fā)布時間：2021-01-13 04:13
REBCO涂層高溫超導(dǎo)帶材因具有較高的臨界溫度和臨界電流等優(yōu)點而在眾多高新技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛重視。然而,高溫超導(dǎo)是脆性材料,往往被制備成多層復(fù)合結(jié)構(gòu),各層厚度不一,層間結(jié)合強度不均,很容易發(fā)生剝離甚至開裂破壞。本文主要針對REBCO涂層高溫超導(dǎo)帶材層間強度進行了實驗研究,提出一種在實驗室中簡單易行的、包含復(fù)合帶材樣品固定和施加載荷的測試方法。通過將超導(dǎo)復(fù)合帶材樣品固化于環(huán)氧樹脂中、采用3D打印技術(shù)實現(xiàn)加載模具和樣品固定,以及電子掃描顯微鏡觀測分層特征等,實現(xiàn)了REBCO涂層高溫超導(dǎo)帶材橫向拉伸剝離強度、縱向剪切強度的實驗測試。通過本文研究,獲得了一些針對REBCO涂層高溫超導(dǎo)帶材層間界面力學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)和實驗表征結(jié)果。對于復(fù)合帶材的橫向拉伸剝離現(xiàn)象,實驗發(fā)現(xiàn)剝離強度整體上分布在2.19 MPa2.51 MPa,均值為2.34 MPa,最大相對誤差為9.09%,分散性較小。帶材的剝離位置主要分布在超導(dǎo)層與緩沖層交界處,其次在超導(dǎo)層內(nèi)部、超導(dǎo)層與銀層交界處。進一步的數(shù)值討論結(jié)果表明:缺陷的存在使得超導(dǎo)復(fù)合帶材更易發(fā)生剝離行為,帶材與環(huán)氧樹脂的粘連則一定程度上增...
【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
超導(dǎo)特性：(a)零電阻效應(yīng)[1]；(b)Meissner效應(yīng)[2]
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文REBCO涂層超導(dǎo)復(fù)合帶材剝離強度的實驗研究2隨著對超導(dǎo)體的研究日益深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體是否處于超導(dǎo)態(tài)不僅與環(huán)境溫度有關(guān)，而且與背景磁場和承載電流也有重要聯(lián)系。也就是說，臨界溫度Tc、臨界磁場強度Hc和臨界電流Ic是判斷超導(dǎo)體是否處于超導(dǎo)態(tài)的重要參數(shù)[3]。當(dāng)僅僅滿足其中一個或兩個條件時，并不能使超導(dǎo)體顯示超導(dǎo)性，而且三個臨界參數(shù)之間相互獨立又相互影響，只有同時滿足三個臨界參數(shù)，超導(dǎo)體才顯示出超導(dǎo)性，否則，不顯示超導(dǎo)性。圖1-2給出了由超導(dǎo)體的三個臨界參數(shù)組成的臨界曲面。圖1-2超導(dǎo)材料臨界參數(shù)[3]根據(jù)臨界磁場強度Hc，可以將超導(dǎo)體分為Ⅰ型和Ⅱ型。如圖1-3給出了兩類超導(dǎo)體在磁場中區(qū)別，對Ⅰ型，當(dāng)外界磁場強度大于Hc時，超導(dǎo)態(tài)會被破壞。而Ⅱ型超導(dǎo)體則有兩個臨界磁場強度，Hc1和Hc2。當(dāng)外界磁場強度處于Hc1和Hc2之間時，部分磁場會穿透材料，其內(nèi)部超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)共存，處于超導(dǎo)渦旋狀態(tài)。當(dāng)外界磁場強度大于Hc2時，超導(dǎo)態(tài)也會被破壞。Ⅰ型超導(dǎo)體大部分是純元素類，而其余的組合元素類幾乎都是Ⅱ型超導(dǎo)體。一百年以來，學(xué)者們對超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀物理機制的探究一直沒有停止。早在1934年，荷蘭物理學(xué)家Gorter和Casimir[4]利用二流體模型對零電阻現(xiàn)象進行了數(shù)學(xué)描述，但不能解釋完全抗磁性�；谒麄兊难芯浚琇ondon兄弟提出了經(jīng)典的超導(dǎo)電性理論模型——London方程[5]，它將超導(dǎo)體中的電流和超導(dǎo)體內(nèi)外的電磁場聯(lián)系起來，不僅描述了超導(dǎo)體的零電阻特性，而且得到了超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強度，很好地解釋了完全抗磁性。進一步，將London方程和安培定律相結(jié)合，預(yù)測出超導(dǎo)體表面磁通穿透深度的存在（即London穿透深度）。1953年，Pippard[6]基于非局域理論修正了London方程，?
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文REBCO涂層超導(dǎo)復(fù)合帶材剝離強度的實驗研究3圖1-3(a)第Ⅰ類超導(dǎo)體；(b)第Ⅱ類超導(dǎo)體[5]1950年，蘇聯(lián)科學(xué)家Landau和Ginzburg[7]基于Landau二級相變理論提出了一種唯象超導(dǎo)理論——Ginzburg-Landau理論，該理論能夠描述超導(dǎo)電流與強磁場（磁場強度接近Hc）關(guān)系，解釋了一些超導(dǎo)現(xiàn)象。1957年，美國物理學(xué)家提出了BCS理論[8]，認(rèn)為超導(dǎo)電性是由庫珀對所引起的微觀效應(yīng)。電子之間存在著電聲子交互作用，使動量和自旋相反的電子之間以一定的結(jié)合能配對，稱之為庫珀對。當(dāng)?shù)陀谂R界溫度Ic時，晶格原子振動減弱，庫珀對之間的結(jié)合能比較高，兩者之間沒有能量交換，庫珀對在超導(dǎo)體中移動沒有損耗，形成超導(dǎo)電流。BCS理論成功解釋了傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機理。1959年，Gor"kov[9]在BCS理論基礎(chǔ)上建立了一組Ginzburg-Landau方程，并對其中的參數(shù)進行了微觀解釋，將描述宏觀現(xiàn)象的理論和微觀機理聯(lián)系了起來。近些年來，不斷有臨界溫度更高的超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有理論尚無法解釋其超導(dǎo)電性的微觀機理，高溫超導(dǎo)材料的理論研究仍任重道遠(yuǎn)。1.2超導(dǎo)材料的發(fā)展和應(yīng)用1.2.1超導(dǎo)材料發(fā)展自O(shè)nnes首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以后，學(xué)者們一直致力于發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)材料。經(jīng)過100多年的發(fā)展，超導(dǎo)材料已經(jīng)超過了5000多種，其中主要包括單元素類（如鉛和水銀）、合金類（如鈮鈦合金）、氧化物類（REBCO）和有機類（碳納米管）等，超導(dǎo)材料的臨界溫度也在逐漸提高。從圖1-4中可以發(fā)現(xiàn)，在最開始的20年內(nèi)，超導(dǎo)材料的研究以金屬元素為主，比如Pb、Sn、Nb等，通常這類單元素超導(dǎo)體的臨界溫度、臨界磁嘗臨界電流都很低。20世紀(jì)50年代至70年代，Nb3Sn、
本文編號：2974194
【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：59 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
超導(dǎo)特性：(a)零電阻效應(yīng)[1]；(b)Meissner效應(yīng)[2]
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文REBCO涂層超導(dǎo)復(fù)合帶材剝離強度的實驗研究2隨著對超導(dǎo)體的研究日益深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體是否處于超導(dǎo)態(tài)不僅與環(huán)境溫度有關(guān)，而且與背景磁場和承載電流也有重要聯(lián)系。也就是說，臨界溫度Tc、臨界磁場強度Hc和臨界電流Ic是判斷超導(dǎo)體是否處于超導(dǎo)態(tài)的重要參數(shù)[3]。當(dāng)僅僅滿足其中一個或兩個條件時，并不能使超導(dǎo)體顯示超導(dǎo)性，而且三個臨界參數(shù)之間相互獨立又相互影響，只有同時滿足三個臨界參數(shù)，超導(dǎo)體才顯示出超導(dǎo)性，否則，不顯示超導(dǎo)性。圖1-2給出了由超導(dǎo)體的三個臨界參數(shù)組成的臨界曲面。圖1-2超導(dǎo)材料臨界參數(shù)[3]根據(jù)臨界磁場強度Hc，可以將超導(dǎo)體分為Ⅰ型和Ⅱ型。如圖1-3給出了兩類超導(dǎo)體在磁場中區(qū)別，對Ⅰ型，當(dāng)外界磁場強度大于Hc時，超導(dǎo)態(tài)會被破壞。而Ⅱ型超導(dǎo)體則有兩個臨界磁場強度，Hc1和Hc2。當(dāng)外界磁場強度處于Hc1和Hc2之間時，部分磁場會穿透材料，其內(nèi)部超導(dǎo)態(tài)和正常態(tài)共存，處于超導(dǎo)渦旋狀態(tài)。當(dāng)外界磁場強度大于Hc2時，超導(dǎo)態(tài)也會被破壞。Ⅰ型超導(dǎo)體大部分是純元素類，而其余的組合元素類幾乎都是Ⅱ型超導(dǎo)體。一百年以來，學(xué)者們對超導(dǎo)現(xiàn)象的微觀物理機制的探究一直沒有停止。早在1934年，荷蘭物理學(xué)家Gorter和Casimir[4]利用二流體模型對零電阻現(xiàn)象進行了數(shù)學(xué)描述，但不能解釋完全抗磁性�；谒麄兊难芯浚琇ondon兄弟提出了經(jīng)典的超導(dǎo)電性理論模型——London方程[5]，它將超導(dǎo)體中的電流和超導(dǎo)體內(nèi)外的電磁場聯(lián)系起來，不僅描述了超導(dǎo)體的零電阻特性，而且得到了超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強度，很好地解釋了完全抗磁性。進一步，將London方程和安培定律相結(jié)合，預(yù)測出超導(dǎo)體表面磁通穿透深度的存在（即London穿透深度）。1953年，Pippard[6]基于非局域理論修正了London方程，?
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文REBCO涂層超導(dǎo)復(fù)合帶材剝離強度的實驗研究3圖1-3(a)第Ⅰ類超導(dǎo)體；(b)第Ⅱ類超導(dǎo)體[5]1950年，蘇聯(lián)科學(xué)家Landau和Ginzburg[7]基于Landau二級相變理論提出了一種唯象超導(dǎo)理論——Ginzburg-Landau理論，該理論能夠描述超導(dǎo)電流與強磁場（磁場強度接近Hc）關(guān)系，解釋了一些超導(dǎo)現(xiàn)象。1957年，美國物理學(xué)家提出了BCS理論[8]，認(rèn)為超導(dǎo)電性是由庫珀對所引起的微觀效應(yīng)。電子之間存在著電聲子交互作用，使動量和自旋相反的電子之間以一定的結(jié)合能配對，稱之為庫珀對。當(dāng)?shù)陀谂R界溫度Ic時，晶格原子振動減弱，庫珀對之間的結(jié)合能比較高，兩者之間沒有能量交換，庫珀對在超導(dǎo)體中移動沒有損耗，形成超導(dǎo)電流。BCS理論成功解釋了傳統(tǒng)超導(dǎo)體的微觀機理。1959年，Gor"kov[9]在BCS理論基礎(chǔ)上建立了一組Ginzburg-Landau方程，并對其中的參數(shù)進行了微觀解釋，將描述宏觀現(xiàn)象的理論和微觀機理聯(lián)系了起來。近些年來，不斷有臨界溫度更高的超導(dǎo)材料被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有理論尚無法解釋其超導(dǎo)電性的微觀機理，高溫超導(dǎo)材料的理論研究仍任重道遠(yuǎn)。1.2超導(dǎo)材料的發(fā)展和應(yīng)用1.2.1超導(dǎo)材料發(fā)展自O(shè)nnes首次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以后，學(xué)者們一直致力于發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)材料。經(jīng)過100多年的發(fā)展，超導(dǎo)材料已經(jīng)超過了5000多種，其中主要包括單元素類（如鉛和水銀）、合金類（如鈮鈦合金）、氧化物類（REBCO）和有機類（碳納米管）等，超導(dǎo)材料的臨界溫度也在逐漸提高。從圖1-4中可以發(fā)現(xiàn)，在最開始的20年內(nèi)，超導(dǎo)材料的研究以金屬元素為主，比如Pb、Sn、Nb等，通常這類單元素超導(dǎo)體的臨界溫度、臨界磁嘗臨界電流都很低。20世紀(jì)50年代至70年代，Nb3Sn、
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