Fabrication of Large Bulk YBaCuO Superconductor Single Domains for Application to Flux Trapping, Current Transport and Energy Storage at 77K

Elaboration de larges monodomaines de supraconducteurs YBaCuO pour application au piégeage de champ magnétique, au transport de courant et au stockage d'énergie à 77 K

Cui Ping Zhang (1)

1 CRETA - Consortium de Recherches pour l'Emergence des Technologies Avancées

A series of fruitful results were achieved in the course of our study on the fabrication of superconductor YBCO single domain by Powder Melting Process (PMP). First, by the high temperature Faraday Balance, we revealed the dynamic phase transition in the growth of YBCO single domain in PMP process, which is an original research work in this field. The clear phase transition results build a fundamental understanding for fabricating YBCO single domain by the PMP process. Second, we studied the growth dynamics of PMP-YBCO single domain. The effect of oxygen diffusion is underlined on the growth rate of YBCO single domain. From the relationship of growth rate and the undercooling study, we deduce that the YBCO crystal growth depends on two types of diffusion. One relates to the yttrium, barium and copper ions transport to the 123 growth interface through the melt liquid by solution diffusion and interfacial diffusion as in melt-solid system. The other one concerns the oxygen diffusion which relies on interfacial diffusion from air as in vapor-solid system. Finally, we were first to successfully fabricate the Ф30mm×15mm YBCO single domain in batch with PMP process. A large trapped magnetic field value of Btr=739mT was obtained in a Φ15mm hole YBCO single domain. A record magnetic critical current density Jcm~1.2×105A/cm² (77K) was achieved. The obtained results give us confidence to fabricate high quality YBCO single domain samples

Une série de résultats fructueux ont été obtenus au cours de notre étude sur la fabrication de supraconducteur YBCO monodomaine à partir d'un procédé par fusion de poudre (PMP). Primo, grâce à une balance de Faraday à haute température, nous avons révélé les transitions de phase dynamiques pendant la croissance de monodomaine YBCO par le procédé PMP, ce qui est un travail de recherche original dans ce domaine. Ces résultats sur les transitions de phase ont contribué à une meilleure compréhension de la fabrication des monodomaine PMP-YBCO. Secundo, nous avons étudié la dynamique de croissance des monodomaines PMP-YBCO. L'effet de la diffusion de l'oxygène sur le taux de croissance des monodomaines YBCO est démontré. De la relation entre les taux de croissance et l'étude de la surfusion, nous déduisons que la croissance de cristaux d'YBCO dépend de deux types de diffusion. L'une a trait au transport des ions yttrium, baryum et cuivre vers l'interface de croissance de la phase 123 à travers la phase liquide fondue par diffusion en solution et interfaciale comme dans un système liquide fondu-solide. L'autre concerne la diffusion de l'oxygène qui repose sur la diffusion interfaciale à partir de l'air comme dans un système vapeur-solide. Enfin, nous avons été les premiers à fabriquer par lot avec succès des monodomaines YBCO par procédé PMP de taille Ф30mm × 15mm. Un champ magnétique important de 739 mT a été piégé par un monodomaine YBCO à parois minces de Φ15mm. Une mesure magnétique record de la densité de courant critique Jcm ~ 1,2 × 105A/cm² (77K) a été atteinte. Les résultats obtenus nous donnent confiance pour fabriquer des échantillons YBCO monodomaine de haute qualité.

Keywords: Superconductivity; Single domain; Crystal growth; Oxygen annealing

Keywords: Supraconductivité; YBa2Cu3Ox; Monodomaine; Croissance cristalline; Oxygénation; Applications

Domains: Physics [physics]

Cui Ping Zhang. Fabrication of Large Bulk YBaCuO Superconductor Single Domains for Application to Flux Trapping, Current Transport and Energy Storage at 77K. Physics [physics]. Université de Grenoble, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00616678⟩