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淘豆网网友近日为您收集整理了关于铋系超导前驱粉末的制备工艺评述的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：铋系超导前驱粉末的制备工艺评述 铋系超导前驱粉末的制备工艺评述!杜风贞段镇忠华志强北京有色金属研究总院,北京 l00088前驱粉末装管法(PIT)是目前铋系高温超导带材制备的主要方法. 要工程化生产超导带材,需要运行成本低,产品质量高,生产批量大,稳定可靠的粉末生产工艺. 由于铋系超导前驱粉末特性,在带材制备过程中具有的重要影响,使得国内外非常重视制备高性能的超导前驱粉末.不同的粉末具有不同的化学成分、相组成和形貌粒度,这取决于采用的起始公称化学成分,制备方法,和后处理烧结工艺.本文就铋系超导体的主要的制粉方法,进行了较为详细的讨论、评述,并提出了适合于工程化制备铋系前驱体粉末的工艺路线,认为喷雾热解法制备超导前驱粉末将有利于铋系超导线材批量化的实现.关键词:超导前驱粉,制备,物性!&##: El 引言铋系高温超导体是由 Michel 等人[l,2]发现的,至少具有三个不同的超导相,它们分别是Bi-220l,Bi-22l2,Bi-2223 相,相应的超导转变温度!& 为 l0K,80K 和 ll0K,其中制备相成分以 Bi-2223 相为主的,具(来源：淘豆网[/p-.html])有高临界电流#& 的铋系高温超导带材,是目前各国超导界科学家追求的目标之一[3,4].由于铋系材料易于成型制成带材,因此在强电应用中占有重要的地位.铋系高温超导带材可通过多种工艺来实现,现在流行的工艺是粉末装管法(PIT)[5],装管前的粉末又称为超导前驱粉. PIT 工艺包括:前驱粉末装入银管,银管拉拔、轧制成型,进行热处理几各步骤,即以 Bi-22l2 为主相的前驱粉末通过在银包套中进行机械变形,和适当的热处理制度,发生相变,形成具有织构且以 Bi-2223 为主相的带材料.三个主要方面的参数粉末制备工艺及特性,机械变形和热处理制度决定着带材的最终微观结构和物理性能[6 ~ 8].粉末制备阶段是 PIT 工艺最为重要的阶段之一,粉体的性能直接或间接地影响 PIT后续阶段的工艺参数,及带材的性能[9,l0]. 不同的粉末具有不同的化学成分、相组成和形貌粒度,这取决于采用的起始公称化学成分,制备方法,和后处理烧结工艺[l0]. 本文将就国内外铋系超导前驱粉的制备工艺及发展状况做一下(来源：淘豆网[/p-.html])探讨.! 国家 863 超导高技术研究资助课题(项目编号:ll3).收稿日期:第 25 卷第 4 期低温物理学报 Vol.25,No.4 2003 年 ll 月 CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS Nov.,&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&quo(来源：淘豆网[/p-.html])t;&&&2003 2 铋系超导前驱粉的主要制备方法及分类近些年来,国内外许多研究机构在制粉方面,作了大量的研究工作,归纳起来主要有以下几种制粉工艺:固相反应法(Soiid States Route),溶液自蔓延高温合成法(Soiution SHS),乳胶基粉末合成法(Emuision),共沉淀法(Co-precipitation),溶胶-凝胶法(Soi-gei),溶剂蒸发法(Soivent Evaporation Method).其中,溶剂蒸发法包括冰冻干燥法(Freeze Drying),喷雾干燥法(Spray Drying),喷雾热分解法(Spray Pyroiysis)等.除固相反应法和自蔓延高温合成法两种以外,其他几种方法都是通过配制成溶液,这一在分子水平上混合的均匀液相体系开始的,因此,一般称之为液相合成法或称为湿化学法(Wet chemicai methods).它的基本思想是:通过各种物理的或化学的方法,使溶液的均匀性尽量在最终粉末中保持下来,并(来源：淘豆网[/p-.html])且粉末的颗粒大小、分布,颗粒的形貌等特征能得到一定程度上的控制. 所需组元一开始就完全混合在一起的固相法或化学法称为单粉法(One-powder process),相对单粉法的是双粉法(Two-powder pro-cess)[11],它一开始就是为制备 Bi-2223 / Ag 带而设计的,与单粉法相比,对粉末的相组成的控制程度更高、更好一些.实际上,双粉法制粉的原料粉末是通过单粉法的工艺合成出来的,因此研究单粉法工艺过程意义重大. 多元的铋系超导前驱粉由于不便于用气相合成法合成[12],因此上述固相法和液相法是基本的制备方法.3 关于制粉方法的讨论前驱粉末特征对超导带材的电性能影响因素有很多,如成分均匀性,组元和杂质元素的含量,相成分,形貌粒度等.人们采用化学法制粉最重要的目的是提高粉末的成分均匀性,因为各阳离子在溶液中的可以达到分子级接触,通过物理或化学方法,将这一均匀性保留下来,从而加快带材热处理的反应进程;在粉末制备过程中,组元成分配比不准确或被杂质元素污染,会极大地影响超导性能,(来源：淘豆网[/p-.html])甚至不超导,因此制备的粉末一定要成分准确,杂质元素含量很低. 现在公认的成分配比一般维持在 Bi1.80Pb0.33Sr1.87Ca2.00Cu3.00O! 左右,但在多数的化学法中一般有有机溶剂的掺入,碳元素可强烈影响铋系超导材料的超导电性[13],因为碳元素会存在于 Bi-2223 相界上形成弱连接而降低超导电性,从而使得必须有相应的除碳工艺;粉末相组成往往在很大程度上影响带材的热处理,进而影响超导电性能. 文献[3,14,15]认为相成分以 Bi-2212 为主相和一些富铜钙的第二相的粉末是适于做铋系超导前驱粉的基本条件.但钙铜第二相相组成随制粉方法的不同而有所不同,若钙以 CaO 的形式存在,则极易吸附空气中的 CO2 和水蒸气,最好钙铜相以 CaCuO2,Ca2CuO3,Ca2PbO4 等相存在;形貌粒度对带材制备也有较大的影响,一般认为当粒度大于 1!m 时,粒度越小,活性越高,带材热处理时间就越短,超导电性能越好;粉末粒度在小于 1!m 时,有人[16]认为对带材的超导电性能影(来源：淘豆网[/p-.html])响不大,甚至起反作用,主要是粒度太细,粉末的表面能很大,使得反应活性很高,烧结温度降低,在达不到 Bi-2223 成相温度就发生了其他的相变,形成非 Bi-2223 相,因此过度追求粒径超细意义不大.9034 期杜风贞等:铋系超导前驱粉末的制备工艺评述各个制粉方法各有其工艺特点,研究者尽可能地通过改进这些工艺来扬长避短,因此至今仍在采用.表 1 是铋系超导前驱粉主要制备方法的优缺点及所制得的粉末的一般粒径的对比:表! 铋系超导前驱粉主要制备方法的比较制备方法优点缺点与不足一般粒径固相反应法工艺简单易行且成熟,设备简单,高产率生产颗粒粗大,成分不均匀,相成分复杂,挥发严重,且反应速度慢,能耗高5 ~ 10!m溶液自蔓延高温合成法粉末颗粒细小,工艺简单、迅速,污染少,纯度高反应过程剧烈,温度时间难以精确控制,相成分无法保证可达 0.1!m 左右乳胶基粉末合成法粉末颗粒细小,达纳米级,成分均匀,活性高工艺复杂,能耗高,产率低粒度可达纳米共沉淀法粒度细小,成分较均匀,反应活性高组元难以完全共沉淀,易(来源：淘豆网[/p-.html])团聚 2 ~ 5!m溶胶-凝胶法粉末颗粒细小,活性好,纯度高,设备简单,质量重现性好批量小,周期长,易引入杂质,均匀性差,成本高,制备过程中泡沫多,不易控.1 ~ 4!m冰冻干燥法粉末成分均匀,粒度细小,活度高生产周期太长,设备投资大,生产效率低1 ~ 4!m喷雾干燥法粉末成分均匀好,颗粒细小、活性高,工艺简单易行,质量易控,重现性好.干燥产物易潮解,烧结易团聚~ 2!m喷雾热分解法粉末化学均匀性极好,颗粒超细易控,活性高;污染少,纯度高,成粉时间短可连续生产,生产效率高粉末颗粒可能呈现中空的球形 0.1 ~ 3!m不同的制粉方法制备的粉末表征也不一样,是因为 Bi 系高温超导材料由五种以上元素组成,在制粉过程中有可能产生多种第二相,第二相随工艺条件,处理方法的不同,而不尽相同,进而影响最终制备的带材工程电流密度.从图 1 可以看出,不同制粉方法,在相同热处理条件下的 Bi-2223 相对含量有较大的差异,喷雾热分解法与另外两种方法相比,具有更快的反应速度,反应更充分,更完全[17 ~ 19(来源：淘豆网[/p-.html])].除喷雾热分解法外,其他不论是固相法还是化学法,由于起始反应物含有碳酸盐或有机物,因而都要经过长时间的焙烧、煅烧工艺,才能除去其中的大部分碳,最终获得碳含量符合要求的超导前驱粉;粉末在长时间的焙烧过程中,有些元素成分挥发严重,晶粒会长大,或发生硬团聚而使粉末粒径粗大等问题,假如采用通过研磨等手段来打破团聚,减小粒径,将不可避免地污染粉末和产生非超导相等新的问题. 喷雾热分解法(SP),由于成粉时间短,易挥013 低温物理学报 25 卷图 1 粉末在 842C下烧结 Bi-)/[Bi-)+ Bi-)]的 X-射线衍射峰面积比率[17]发元素挥发少,颗粒之间接触机会很小,接触时间也很短,形不成硬团聚,晶粒长大限制在一个颗粒范围内.相比较而言该法能够制备成分准确,偏析程度小,粒径细小,污染小,反应活度高的高质量的粉末[17];而且,利用 SP 法制备铋系超导前驱粉末,可实现高效率,稳定可靠,连续的批量化生产.美国 ASC 公司和德国 Merck K(来源：淘豆网[/p-.html])GaA 公司用此喷雾热分解法生产的铋系超导粉末,且已将其商品化,向全世界供粉.目前国内还没有报道有人系统地做过此方面的研究工作.4 结束语由于铋系超导前驱粉末特性,在带材制备过程中的重要影响,使得国内外各研究小组非常重视制备高性能的超导前驱粉末.当前铋系超导带材已经开始应用到军用或民用电力,强磁场等领域,需要批量化地生产超导带材,就需要产品质量高,生产效率高,稳定可靠的粉末生产工艺与之相适应,综合各铋系超导前驱粉制备工艺特点,笔者认为,在人们找到更为适合的制粉方法之前,喷雾热分解法(SP)将是更为适合铋系超导带材工程化发展的需要.[1] C.MicheI,M.Hervieu,M. M. BoreI,et aI.,Z . Phys . B .,68(.[2] H.Maeda,Y. Tanaka,M. Fukitoki,T. Asano, pn . . Appl . Phys . Lett .,27(1988),L209.[3] . Li,K. Brodersen,H-A. H(来源：淘豆网[/p-.html])juIer,T. FreItoft,Phys . C .,217(.[4] M.W. Rupich,1998 InternationaI Workshop on Superconductivity,Okniawa,Japan.[5] S. X. Dou,H. K.Liu,Supercon . Sci . Technol .,6(.[6] M. Yavuz,H maeda,L Vance,H. K.Liu and S. X. Dou,Supercon . . Sci . Technol .,11(.[7] Z.Han,P. Bodin,W. G.Wang,M. D. Bentzon,P.Skov-Hansen,J. GouI and P. Vase,IEEE,Trans . on Appl . Supercon .[8] S. K. Xia,M. B. Lisboa,E. T. Serra,and F. Rizzo,IEEE,Trans . on Appl . Supercon .,1(.[9] U. Syamaprasad,M.S. Sarma,P. Guruswamy,V. Prakash Kumar,R. Ragini,K. G. K. Warrier and A. D. Damodaran.Physica C,297(] Xiao-dong Su et aI.,Physica C,331(.[11] S E Dorris,B C Prork,M T Lanagan,S Shnha,R BpoeppeI,Physica C:217(.[12] CoIbeck and Y. KamIag, . Aerosol Sci .,27(1996),S395.[13] P Majewski,R. Nast and F. AIdinger,Supercond . Sci . Technol .,12(34 期杜风贞等:铋系超导前驱粉末的制备工艺评述[14] B.W. Veai,H. Ciaus,J. W. Downey,A. P. Pauiikas,K. G. Vandervoort,J. S. Pan,and D. J. Lam,Physica C,156(.[15] B Saiier,F Schwaigerer,K Gibson,H.-J Meyer,M Lehmann,L Woodaii,M Gerards,IEEE,Trans . on Appl . Supercon .,11(.[16] W-J Kim,S-C Kwon et ai.,Physica C,294(.[17] Y.W.Hsueh,S. C. Chang,Materials Research Bulletin,36(.[18] 段镇忠等,《低温物理学报》,25(2003),见本期.[19] 杨坚等,《低温物理学报》,24(2002),92.EVALUATION ABOUT PREPARATIONPROCESS OF Bi-SYSTEMSUPERCONDUCTING PRECURSOR POWDER!DU FENG-ZHEN DUAN ZHEN-ZHONG HUA ZHI- IANGBeijing General Research Institute for Nonferrous Metals,Beijing 100088(Received 6 Aprii,2003)Presentiy powder in tube process(PIT)is the main method to fabricate bismuth sys-tem HTS tapes. If we mass-produced HTS tapes,we shouid possess a powder prepara-tion process which ran with iow cost,which is stabie and reiiabie,whose product havehigh guaiity and iarge mass. Because properties of Bi-system superconducting precursorpowder have significant infiuence on tape fabrication process,so many groups inside andoutside of china pay attention to preparing high guaiity precursor powder. Different pow-der has different position,different phases assembiage,different morphoio-gy and particie size distribution,which is decided by chemicai stoichiometry,prepara-tion method and heat treatment process. In this work the main preparation methods ofHTS precursor powder have been discussed and evaiuated in detaii,and we bring for-ward a route that is suited for mass-produced Bi-system HTS precursor,we think spraypyroiysis process wiii be good for reaiization of mass- fabrication Bi-system HTS tapes.Keywords:superconducting precursor powder,preparation,physicai : E213! Project supported by the High-Tech Research and Deveiopment Program of China(Grant No.).低温物理学报 25 卷铋系超导前驱粉末的制备工艺评述作者: 杜风贞, 段镇忠, 华志强作者单位: 北京有色金属研究总院,北京,100088刊名:低温物理学报英文刊名: CHINESE JOURNAL OF LOW TEMPERATURE PHYSICS年,卷(期): )被引用次数: 5次参考文献(19条)1.C MM HM M Borel 查看详情 .H MY TM FT Asano 查看详情 .Q Li;K BH-A HT Freltoft 查看详情[外文期刊] 1993 4.M W Rupich 1998 International Workshop on Superconductivity5.S X DH K Liu 查看详情 .M YHL VH K Liu and S X Dou Powder production methods of Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O superconductors[外文期刊] .Z HP BW G WM D Bentzon,P Skov-Hansen,J Goul and P Vase 查看详情8.S K XM B LE T SF Rizzo 查看详情[外文期刊] .U SM S SP GV Prakash Kumar,R Ragini,K G K Warrier and A DDamodaran 查看详情 1998 10.Xiao-dong Su 查看详情[外文期刊] 2000 11.S E DB C PM T LS Shnha R Bpoeppel 查看详情[外文期刊] 1993 12.CY Kamlag 查看详情[外文期刊] .P MR NF Aldinger The influence of CO_2 on the phase stability of Bi-2212[外文期刊] .B W VH CJ W DA P Paulikas,K G Vandervoort,J S Pan,and D J Lam 查看详情[外文期刊] 1988 15.B SF SK GH -J Meyer,M Lehmann,L Woodall,M Gerards Effect ofprecursor powder properties on ic and electrical transport properties of (Bi,Pb)-2223-tapes[外文期刊] .W-J KS-C Kwon Mechanical grinding of precursor powder and its effect on themicrostructure and critical current density of Ag/Bi-2223 tapes[外文期刊] )17.Y W HS C Chang 查看详情[外文期刊] .段镇忠查看详情 .杨坚查看详情 2002(24)本文读者也读过(10条)1. 雷丽萍.方刚.赵迎红.曾攀高温超导带材拉拔过程中的变形机制研究[会议论文]-2006 2. 冯日宝.袁冠森.金其坚 Bi-2223/Ag超导多芯带材的内切轧制研究[期刊论文]-稀有金属)3. 郑会玲.于泽铭.李成山.纪平.卢亚锋.张平祥.周廉.徐晓燕.熊晓梅.王庆阳.郝清滨.梁明.马荣超.郑俊涛.刘奉生 Bi系多芯丝超导带材的超导性能与微观组织分析[会议论文]-2005 4. 刘莉.徐海珍.胡香玲复方铝酸铋片稳定性实验研究[期刊论文]-黑龙江医药)5. 于芝颖.张海英.李玉珍四厂家铋制剂的质量评价[期刊论文]-中国医院药学杂志)6. 王温泉.周贻茹.邓华.Wang Wenquan.Zhou Yiru.Deng Hua Ag/AgCu 复合基 Bi-2223 多芯超导带材的研究[期刊论文]-稀有金属)7. 王政 TIB(德国)环保催化剂产品的性能及应用[期刊论文]-化工新型材料)8. 张连芳.晋青珍.王延吉 Ag-Bi高温超导线材转变温度的测量[期刊论文]-低温与超导)9. 孙丽虹.刘安生.邵贝羚.李永洪.王敬.张希顺.李远松.Sun Lihong.Liu Ansheng.Shao Beiling.Li Yonghong.Wang Jing.Zhang Xishun.Li Yansong 铋系银包套高温超导多芯带材的显微组织结构[期刊论文]-稀有金属)10. 曾攀.卢永进.雷丽萍.赵迎红.方刚宏域微成形与铋系超导带材的加工[会议论文]-2007引证文献(5条)1.丁士育.宋秀华.张劲松.韩冰.刘莉.刘睿.陈姗姗.孙海波.孙建峰.韩征和几种Bi-2223/Ag超导带材层状复合结构的制备及性能研究[期刊论文]-低温物理学报 .梁茹.陈学信.林尚安掺Pb对Bi系超导体性能影响的研究[期刊论文]-广州化学 .乔文凤.周勇敏用正交实验法优化纳米铋粉制备工艺参数[期刊论文]-润滑与密封 .梁茹.陈学信.林尚安用聚合物-金属复合物法合成BiSrCaCuO超导体的研究[期刊论文]-广州化学.孙晶 Bi-2212高温超导圆筒的研制及其性能研究[学位论文]博士 2004引用本文格式:杜风贞.段镇忠.华志强铋系超导前驱粉末的制备工艺评述[期刊论文]-低温物理学报 2003(4)播放器加载中，请稍候...
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