题目：ZrO2和Y2Ba4CuNbOx的掺杂对于TSIG法制备YBCO超导块材性能的影响

在顶部籽晶熔渗法（TSIG）制备YBCO超导块材的过程中，为了进一步提高其超导性能，必须在YBCO超导块材中引入强的磁通钉扎中心，克服弱磁通钉扎导致的热激活磁通蠕动。科学家通过各种方法，如热处理、掺杂、高能粒子辐照以及重粒子轰击等方法均能在材料内部形成有效的强钉扎中心，来提高超导块材的临界电流密度，特别是有效地改善了超导块材的高场性能。实践证明，在改善材料内部组分与结构方面所采用的多种方法中，掺杂是引进有效钉扎中心既廉价又实用的方法。

本文采用掺杂的方法，在Y2BaCuO2（Y211）粉体中掺杂ZrO2和Y2Ba4CuNbOx（Nb2411）。通过顶部籽晶熔渗工艺制备出ZrO2和Nb-2411掺杂量不同的YBCO块材，并分别对这两类超导块材进行了显微结构分析和磁悬浮力分析。
对于掺杂ZrO2的YBCO块材，主要研究了不同ZrO2掺杂量对YBCO块材形貌和磁悬浮力的影响。通过分析制备出的块材形貌可知：ZrO2的掺入引起了超导块形貌的变化，掺杂量在0.1wt%~1wt%之间的超导块材可以看见明显的十字花纹，但是其中间籽晶处形成了一个四方形的区域，并出现凸起的规则条纹，且掺杂量越多条纹会明显增多，并且它们的侧面均或多或少出现鼓包。当掺杂量达到2wt%时，超导体的形貌表现出非常突出的形变，表面凸起显著，层层条纹像是山丘沟壑。当掺杂量达到10wt%时，样品已经表现出不生长的形貌，表面不但没有形成单畴的十字花纹，也无光泽度，呈现出银灰色。通过对样品磁悬浮力的分析可知，掺杂量为0.4wt%时，磁悬浮力达到此组样品的最大值。由此我们可知，0.1wt%~1wt%为最佳掺杂范围，而最佳掺杂量为0.4wt%。通过显微结构分析我们可以知道，随着掺杂量的增多，样品中的Y211粒子逐渐减少，故而ZrO2的掺杂量到1wt%之后样品的磁悬浮力反而减小。
在制备Nb-2411掺杂的YBCO块材之前，需要制备Y2Ba4CuNbOx粉。其制备方法采用固相反应法，采用四次球磨、三次烧结的步骤，烧结温度为1140℃，三次烧结所用时间为30小时。
对Nb-2411掺杂的YBCO块材进行分析，从形貌上看：Nb-2411的掺入引起了超导块材的形变。当Nb-2411掺杂量在1wt%~2wt%之间时，均可制备出单畴YBCO块材，且对超导块材的形貌影响不大，只在中间籽晶附近处形成很小的凸起，而超过2wt%之后超导材料显示出与掺杂ZrO2类似的形变，其中间籽晶处形成了一个明显的四方形的区域，并出现凸起的规则条纹，且掺杂量越多条纹会明显增多。当掺杂量达到6wt%时，超导块材已经显示出无生长现象的特征，样品表面颜色呈现出银灰色。从磁悬浮力上看，Nb-2411的添加提高了超导块材的磁悬浮力，1wt%~5wt%范围内，超导块材的磁悬浮力均大于未添加的超导块材，故而此范围为最佳掺杂范围，2wt%的样品磁悬浮力达到最大值。通过显微结构分析，我们可以看到Nb-2411的添加细化了Y211粒子，从而达到提高超导性能的目的。但随着添加量的增加，其表面的Y211粒子出现减少的现象，从而也说明了Nb-2411粒子的添加量不能过多，过多反而会降低超导块材的性能。