Введение к работе
Актуальность_аботы1 Предлагаемая работа посвячена изучении зоздейстъля исцния импульсных электрических токов на васокотекпера-гурнне сверхпроводящие (ВТСП) материалы. При этом готульснне токи гспользовались в двух аспектах: как метод и средство изучения новых юлоисследоьенкых материалов в условиях, близких к условиям их потенциальной эксплуатация, и вк инструмент для получения ВТСП иэде-пй» с высокики функциональными параметрами.
Из-за високого удельного сопротивления в нормальном состоянии ; 1 — 10 ккОм.м) ВТСП материала при протекаїша сверхкратических то-сов 10 - 10 А/см нагревогггся за счет джоулева энерговнделенпя до іредельио допустимых температур за малке яреиеиз (10~2 - 10~6 с). 1о этой причине область исследования объектах ВТСП керашш до сих юр ограничивалась лишь слаСикл электричаскики пояят, реализуемыми гри токах вылазя критическою значения. В то ве время блияайшая іерспектква применения ВТСП в моазгмх злоктрячесісих системах требует іевениа задачи прогкоэярования безаварийного вывода токонесувіях ілементов яз свергпрозодяцего состояния и устойчивости ях к теплоти возмущениям. В связи с этим, изучвівіа процессов нагрева ВТСП :ераккк под действием токов сзерхісрятич ской плотности предстпвяя-тся весьма актуальним.
Другая проблема ВТСП, ревешта котероя ввсшпззна часть дяссер-ещзонноа работы, это разработка техкаяогеш кэготоаженяи объекюи верхпроводняков на основа тегкаяи ксщкя.і импульсных токов. Среда аэличнах способов прессования - одного из ваяюйсях атвпсв получа-пя керамических ВТСП издэлвЯ - сгедует ответить бяяіу^ьсгсае, сЗла-акдае рядом преимуществ по сравнения с кзазїїстацйокерїшкн. В частости, это возможность получения високих уровней ДОВЛСКЯЗ и opsso-ение изделий практически любой заданной форгіи. Более перспегстязкка пряантои динамического прессовякая с достаточно EHpostca емплитудой авленшз а плавным пзредівїа фронтом является пкиульскэя нагнипгов рессоваїгоз. Контролируемость и простоте управлзівгя еютгатудой и зрмой ккпульса давления, аясиальная сикметряя процесса обжатия, зличие стабилизирующей каталяяческой оболочки в результата опрес-зшсі, высокая эффектазность преобразования знэргпл п экологическая ?стота - вот несоїгкенкне прегагугзества' этого еетодэ.
Нё5У?_Е55Р. является изучение поведения объемной ВТСП керамики под действием импульсного электрического тока большой плотности, изменений структуры и свойств этих материалов в результате такого воздействия и исследование возможностей и перспективы использования метода магнитно-импульсного прессования для получения ВТСП изделии высокими функциональными параметрами.
М5ї:ЇЇЇЕ5_її9222!!5_ЕЕЗЇ5ьтато5_Е5б.2.і
-
Впервые исследована динамика протекания импульсных токов с плотностью 10 - 10 Л/см2 через ВТСП керамику (BlgSr^a^COjO^ и YBa-gCUjO ). Показано, что керамика в таких процессах подвергается неравновесному нагреву, причем неравновесность развивается с момента включения тока и обусловлена структурными неоднородностями керамического материала.
-
Впервые исследовано влияние на структуру и электрофичические свойства ВТСП керамик импульсных токовых воздействий с различным энерговкладом. Выявлен механизм, приводящий к деградации сверхпроводящих свойств и проводимости в нормальном состоянии. Изучены условия восстановления и улучшения свойств ВТСП керамики, подвергнуг той токовому воздействию, повторным отжигом.
-
Исследованы условия прессования висмутового ВТСП порошка импульсным магнитным давлением с целью получения объемных ВТСП изделий с високим критическим током. Продемонстрирован возможность изготовления этим методом сверхпроводящих стержней в серебряной, оболочке с
плотность», критического тока до 2-10 А/см при 77 К. Положения, выносимые на защиту.
-
Протекание импульсных токов сверхкритической плотности 10 - 10 А/см2 через ВТСП керамику вызывает ее неравновесный разогрев, причем нерпвновесность обусловлена неоднородностью структуры данного керамического материала (пористость, непроводящие включения, <низо-тропия кристаллов, наличие менкристаллитных "слабых" связей) и развивается с момента включения тока.
-
Импульсное токесое воздействие на ВТСП керамику с знерговкладои порядка десятков Дж/r и выше приводит к ухудшению проводимости в нормальном состоянии и критического тока, обусловленному преимущес-. 1-венно нарушением электропроводности межкристаллитных контактов. Восстановление транспортных свойств возможно высокотемпературным отжигом.
3. Импульсное токовое воздействие с дозяровешшя анергсвкладом в
сочетании .с последующим отжигом мокет быть использовано в качестве
способа повышения критического тока и пропускной способности по то
ку ВТСП керамик.
4. Метод магнитно-импульсного прессования перспективен для изготов
ления объемной ВТСП изделий (преимущественно из висмутовой кервми-
ки). '
Практическое значение^ Экперпментально полученные результаты по импульсному токовому воздействию на ВТСП керамику могут бьпь использованы для прогнозирования безаварийной работы ВТСП элементов в сверхпрпводіліих устройствах. Показана возможность восстановления транспортных свойств ВТСП керамик, ухудшенных.при токовых перегрузках, высокотемпературным отжигом.
Импульсное токовое воздействие с дозированным энерговкладом в сочетания с последупцгзм высокотемпературным отжигом паяет быть использовано в качестве способа повышения" критического тока и пропускной способности по току ВТСП керакїпс.
Метод магнитно-импульсного прессоваїшя кокет бить успзина использован для изготовления ВТСП изделий. Метод удобен для форвова-нкя изделий с аксиальной цилиндрической симметрией таких, как кольца, труба, стерши, одножильный провод в кеталяаческой оболочке. Получены опытные образцы кервмгап» (В1,РЬ)~5г^Са2Си30.0 її виде стер-янай в серебряной оболочке с сечегаши сверхпроводящей гили ~ 1 иаа п величиной критического тока до 20 Д.
Апобв1^я_работя^ Осгговше результаты диссертации докладывались на ce*E2ispnx ІПО УрО РАН, на VIII Беес. скгш. по сїігьноточнсй электронике (Екатеринбург, 1930), на меяд. соавгкжеи "Effects of Strong Disordering ш HTSC" (Zarechny, OSSE, 1550), на Всес. семп-наре "Электрофизические иетода и технологии воэдейстаяя на структуру п свойство кеталличесідах катериалов" (Николаев, 1930), но Всес. ісонф. "Действие злектроавгнитних полей на пластичность я прсггаост
ПОЦ ПРОПУСКНОЙ СПОСОбНОСТЬЭ ПОНКМаеТСЯ М5КС5»5аЯЬИОв Еиачекяе
інтеграла действия /J dt (J - плотность тока, tr - рреия .дайстгдая
гока), при котором не происходят необратимых изменений структура а
:войств материала под действием ямиульса токв.
материалов" (Юрмала, 1990), на V Всес. семинаре "Физика импульсных разрядов в конденсированных средах" (Николаев, 1991), на 14 Межд. конф. по криогенным материалам (Киев, 1992), на IX Межд. симп. по сильноточной электронике (Екатеринбург, 1992).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены . в 5-й статьях и S-и тезисах докладов.
Структура и_объем_диссертвции^ Диссертация состоит из Введения, трех глав и Основных выводов. Работа содержит 114 страниц текста, включает 40 рисунков и список литературы из 70 наименований.