Математическое моделирование структурно-чувствительных свойств высокотемпературных сверхпроводников

• Автор: Паринов, Иван Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 322 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. Постановка проблемы компьютерного моделирования структурночувствительных свойств ВТСП на основе анализа экспериментальных результатов.

1.1. Особенности получения ВБССОлент.

1.2. Особенности получения объемных образцов ВБССО.

1.3. Особенности получения объемных образцов УЕВСО.

1.4. Экспериментальные исследования композитов на основе В8ССО

1.5. Экспериментальные исследования систем УЯЕВСО

1.6. Постановка задач диссертационного исследования.

Основные результаты и выводы по главе

ГЛАВА 2. Математическое моделирование процессов осаждения

углерода в высокотемпературных сверхпроводниках
2.1. Экспериментальные исследования эффектов выделения углерода
2.2. Математическая модель осаждения и разрушения карбоната
2.3. Схема МКЭ для модели углеродного охрупчивания и некоторые результаты.
2.4. Моделирование равновесного медленного и быстрого роста
трещины при выделении углерода в ВТСП
2.5. Некоторые численные результаты
Основные результаты и выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. Общие аспекты моделирования ВТСПсистем
3.1. Схема вычислительного мониторинга
3.2. Критерии пластичности и законы течения для процесса уплотнения порошкообразных ВТСГпрекурсоров.
3.3. Моделирование микроструктурных превращений пористости при спекании ВТСПлент
3.4. Метод суммарной аппроксимации для квазилинейного уравнения
тепло роводности
3.5. Двухуровневое моделирование формирования микроструктуры
ВТСП при наревании.
3.6. Моделирование микрорастрескивания ИГ при остывании образца
3.7. Исследование статистических свойств модельных микроструктур
3.8. Моделирование макротрещин
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. Численное моделирование микроструктуры и структурночувствительных свойств керамики УВСО
4.1. Модель спекания сверхпроводящей керамики
4.2. Моделирование растрескивания керамики при остывании.
4.3. Модель формирования микротрещин вокруг частиц 1 в матрице 3
4.4. Моделирование разрушения при внешних воздействиях.
4.5. Моделирование зоны микрорастрескивания вблизи макротрещины
4.6. Моделирование ветвления развивающихся трещин.
4.7. Моделирование мостиковзерен за фронтом трещины
4.8. Некоторые численные результаты.
4.9. Моделирование эффектов двойникования при разрушении сегнетоэластиков и сегнетоэлектриков
4 Моделирование мартенситных превращений при разрушении БТСП.
4 Моделирование токопроводящей способности УВСОкерамики
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 5. Численное моделирование изготовления, разрушения и структурночувствительных свойств выплавляемых ВТСП и сверхпроводящих композитов
5.1. Моделирование микроструктуры и упрочнения
крупнозернистых образцов УВСО.
5.2. Моделирование малоцикловой усталости образцов УВСО.
5.3. Моделирование микроструктуры и упрочнения объемных образцов В1, полученных методом горячего прессования
5.4. Моделирование разрушений на интерфейсах
5.5. Модели разрушения тонких ВТСПплснок на подложках
5.6. Моделирование поведения трещин на краевых переходах
5.7. Моделирование поперечного разрушения в слоистых ВТСПкомпозитах.
5.8. Моделирование прочности и упрочнения ВТСПсистем
типа БЫБ и
5.9. Об оценке полного сопротивления ВТСП в силовом и энергетическом подходах.
5 Исследование эффективной электропроводности модельных ВТСП
Основные результаты и выводы по главе
Заключение
Литература


Другими проблемами являются а очень низкая скорость кристаллизации б необходимость контроля температурных градиентов в высокотемпературном процессе и в ограниченный размер полученных доменов, сопровождаемый их разориентацией, микротрещинами и неоднородной композицией. Улучшения могут быть достигнуты изменением технологических параметров и использованием легирующих добавок. Освобождение кислорода резко увеличивается при плавлении. Это приводит к образованию пор, обусловливающих соответствующее увеличение объема готового образца. В то же время при повышении температуры поверхностное натяжение, связанное с расплавленным состоянием и уменьшенной скоростью освобождения кислорода, приводит к уплотнению образца. Как показывают эксперименты, уплотнение образца, управляемое поверхностным натяжением, оказывается доминирующим фактором 1. Применения ВТСП требуют высокого упорядочения зерен или развития совершенной текстуры образца, что при наличии температурных градиентов легче достигается в меньших по размеру образцах. Высокие градиенты, обеспечивающие лучшее упорядочение, приводят к микрорастрескиванию, в частности, изза различия коэффициентов теплового расширения между фазой 3 и второстепенными фазами ВаСи, СиО, оседающими на ИГ. Микротрещины, перпендикулярные плоскости аЬу сильно ухудшающие сверхпроводящие свойства, могут развиваться при остывании или кальцинации образца. Введение дисперсии серебра 1, впрыскивание эпоксидной смолы 9, а также применение других добавок приводит к улучшению механических и сверхпроводящих свойств УВСО. В общем случае эти добавки используются для уменьшения размера и модификации морфологии фазы 1. В качестве легирующих добавок для улучшения микроструктуры и свойств сверхпроводника используются , 0, 8 9, , 6 7, , 5, Се Се, ВаСеОз 2 2, 4 и 2. Создание предпочтительной ориентации зерен необходимо для максимального использования анизотропии ВТСП в конкретных изделиях. Текстуру образца можно создать и проконтролировать с помощью технологии введения кристаллитовзатравок из РЗЭаналогов фазы 3, имеющих более высокую температуру перитектического распада 3. При этом фаза 3 будет зарождаться и расти в определенном направлении рис. Кроме того, существенно уменьшаются слабые связи при подходящем увеличении зерен. Перитектическое отвердевание с использованием затравок приводит к морфологии роста ограненных зерен с симметрией, зависящей от типа зародышевого кристаллита, например 3, 3 или другого РЗЭкупрата бария. Однако стандартная процедура использования затравок например, предполагает большой перегрев образца, необходимый для 1 избежания множественного образования зародышей, 2 увеличения жидкости в образце и 3 удаления влияния микроструктуры прекурсора 9. Для исключения множества зародышей и произвольного роста кристаллов 3, начинающегося из материала субстрата при длительной процедуре , можно использовать наблюдающееся увеличение температур формирования различных фаз вместе с их ионными радиусами 8. Подбор соответствующей РЗЭкомпозиции позволяет уменьшить область переохлаждения i , Тр где Тр перитектическая температура и Г температура роста зерен при выдержке образца в постоянных условиях при медленном остывании к однородной температуре рис. Для сокращения продолжительности процедуры используется технология помещения нескольких затравок на компакте с выполнением соответствующего температурного процесса i 3. В настоящее время образцы демонстрируют значения плотности критического тока 0 кАсм2 при К и 0 Тл с соответствующим контролем композиции и микроструктуры 2. Значительные магнитные поля могут захватываться в крупнозернистых ВТСП, получаемых по расплавным технологиям например, Тл при К 4, что значительно больше, чем в обычных магнитах и является очень важным для применений. Представленный анализ технологий получения сверхпроводников УВСО также свидетельствует о необходимости разработки соответствующих математических моделей. Различают холодное и горячее затравливание 3. В первом случае затравка размещается на образце УВСО при комнатной температуре, во втором при Ттах, выше пери гектической температуры образца см. Рис.