Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ J, - BA - CU - O КЕРАМИКИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ J, - BA - CU - O КЕРАМИКИ

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ J, - BA - CU - O КЕРАМИКИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: при определении теплопроводности высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Сущность изобретения: для получения температурной зависимости теплопроводности J - Ba - Cu - O керамики измеряют объемную плотность контролируемого образца, содержание в нем кислорода, а также остальных компонентов J, Ba, Cu и температуру сверхпроводящего перехода. Подстановкой измеренных значений в аппроксимирующее выражение теплопроводности получают температурную зависимость теплопроводности контролируемого образца. Благодаря получению (Т) по предложенному способу учитывается реальное содержание в керамике всех составляющих элементов, что позволяет значительно повысить точность определения зависимости в широком диапазоне рабочих температур, и прежде всего на начальном восходящем участке зависимости. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2009558
Класс(ы) патента: H01B12/00
Номер заявки: 5037035/07
Дата подачи заявки: 13.04.1992
Дата публикации: 15.03.1994
Заявитель(и): Филатов Николай Яковлевич; Царев Вячеслав Владимирович; Никоноров Владимир Александрович
Автор(ы): Филатов Николай Яковлевич; Царев Вячеслав Владимирович; Никоноров Владимир Александрович
Патентообладатель(и): Филатов Николай Яковлевич; Царев Вячеслав Владимирович; Никоноров Владимир Александрович
Описание изобретения: Изобретение относится к созданию высокотемпературных сверхпроводящих материалов и связано с контролем их свойств, в частности с контролем теплопроводности.
Механизм повышения тепловой устойчивости сверхпроводящего материала связан с обеспечением ускоренного оттока тепла при тепловой флуктуации ΔТ за счет повышения теплопроводности Δ λ . Причем сверхпроводящий режим тем более устойчив, чем круче наклон восходящего участка зависимости λ (Т), т. е. чем больше значение производной d λ (Т)/dT. Поэтому качественное определение температурной зависимости теплопроводности сверхпроводящего материала является важной практической задачей.
Уровень техники в этой области характеризуют следующие известные решения.
В (1) описан способ, при котором у образца из Y-Ba-Cu-O керамики, обычно в виде спрессованной таблетки, измеряют температуру Тсперехода в сверхпроводящее состояние, измеряют значение теплопроводности λс при температуре Тс и искомую зависимость получают как
λ (Т) = λ с[1 + A(Tc-T) в диапазоне температур [Tм, Тс] , и как λ (Т) = = λс при Т > Тс.
В диапазоне Т < Тм данный способ не определяет λ (Т), между тем как именно восходящий участок λ (Т) представляет наибольший интерес.
В (2) теплопроводность на интервале температур [0, Tм] определена выражением
λ(Т) = α Т + γ Т3 где α и γ - эмпирически полученные константы:
α = 1,72 10-3 Вт/м К2,
γ = 13,2 10-3 Вт/м К.
Таким образом, ни один из этих способов не позволяет получить зависимость теплопроводности во всем интересующем диапазоне температур, и кроме того, точность оценки значения теплопроводности в обоих способах невелика: ни один из них не учитывает химического состава контролируемой керамики.
Частично химический состав контролируемой высокотемпературной сверхпроводящей керамики Y-Ba-Cu-O учитывает способ получения температурной зависимости теплопроводности, описанный в (3). При этом способе в интервале температур [Тм, 300 К] измеряют объемную плотность ρобразца, содержание х в нем кислорода и на основе полученного закона λ (Т) у серии образцов определяют среднестатистическую зависимость теплопроводности от температуры λ о(Т). Полагают при этом, что λо(Т) соответствует образцу "идеального" состава Y-Ba2-Cu3-O7 c плотностью, равной теоретически ожидаемой плотности ρт = = 6,37 г/см3 и с содержанием кислорода х = = 7 в керамике Y-Ba2-Cu3-Ox. Зависимость λ (Т) контролируемого образца получают путем подстановки его замеренных значений ρ и х в аппроксимирующее выражение теплопроводности λ(Т). Это выражение получают путем умножения среднестатистического закона λ о(Т) на коэффициенты F1( ρ / ρт ) и F2(x), учитывающие измеренные реальные значения ρ и х, т. е. λ(Т) = λо(Т) ˙F1( ρ / ρт )˙ F2(x). Эти коэффициенты F1 и F2 определены статистической обработкой экспериментальных данных после измерений теплопроводности серии образцов с различными значениями относительной плотности ρ / ρт и содержания кислорода х.
Однако, и этот способ, наиболее близкий к предлагаемому, имеет ограниченный диапазон температур, исключающий наиболее важный участок зависимости λ (Т), и не учитывает реальное содержание элементов Y, Ва, Сu в контролируемом образце. Полагается, что химическая формула образца. Полагается, что химическая формула образца имеет вид Y-Ba2-Cu3-Ox, обеспечиваемый закладной исходного сырья в шихту. Однако, несмотря на точность дозировки исходного сырья в шихту, химическая формула реального образца имеет вид Y1+у-Ва2+b-Cu3+с7-х. Причем теплопроводность, как показала практика. существенным образом зависит от величин y, b, c. Другим источником погрешности является то, что теоретически ожидаемая плотность реального образца отличается от ρ т, соответствующего "идеальному" составу Y-Ba2-Cu3-O7.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением. таким образом, заключается в получении зависимости λ(Т), учитывающей реальный химический состав контролируемого образца Y-Ba-Cu-O керамики, т. е. не только кислорода, но и Y, Ba, Cu, и расширение температурного диапазона, в котором получена λ (Т). Решение этой задачи позволит значительно повысить точность полученной температурной зависимости теплопроводности и тем самым улучшить эксплуатационные характеристики высокотемпературного сверхпроводящего образца.
В предлагаемом способе получения температурной зависимости теплопроводности высокотемпературной сверхпроводящей Y-Ba-Cu-O керамики, включающем, как и известный, измерение объемной плотности ρ контролируемого образца, содержания в нем кислорода и получение искомой температурной зависимости путем подстановки измеренных величин в аппроксимирующее выражение теплопроводности, указанная техническая задача решается тем, что дополнительно измеряют температуру Тссверхпроводящего перехода, содержание соответственно элементов Y, Ba, Cu в контролируемом образце Y1+уВа2+bСг3+сО7-х в аппроксимирующее выражение берут в виде
λ(T)= expA - 2 - 3xNXi ×
× (1-ρ/ρ*)NRi[ln(T/Tc)] , где λ(Т) - температурная зависимость теплопроводности контролируемого образца,
y, b. c, x - отклонение содержания соответственно Y, Ba, Cu, O контролируемого образца от среднестатистического состава Y-Ba2-Cu3O7
Ai, NBi, NCi NXi, NRi, Ni - эмпирические константы
ρ - объемная плотность контролируемого образца,
Тс - температура сверхпроводящего перехода,
ρ * - теоретическое значение объемной плотности контролируемого образца.
Обширные экспериментальные исследования и статистическая обработка полученных данных позволили установить устойчивую зависимость температурного хода кривой теплопроводности от содержания всех химических компонентов в контролируемом образце Y-Ba-Cu-O керамики;
- от массы молей элементов Y, Ba, Cu, O;
- от температуры Тс перехода в сверхпроводящее состояние;
- от теоретической оценки объемной плотности ρ *контролируемого образца; и более того, найти математическое выражение этой зависимости, указанное выше.
Оценка теоретической плотности ρ * контролируемого образца может быть проведена по формуле
ρ *= ρ т/666,2˙[my(1+у)+ +mBa(2+b)+mCu(3+c)+mO(7-x)] (1) где ρ т - теоретическое значение объемной плотности керамики среднестатисческого состава Y-Ba2-Cu3-O7,
mY mBa mCu mO - масса молей соответственно Y, Ba, Cu, O.
Число n слагаемых, входящих в выражение λ(Т) определяется требуемой точностью аппроксимации. При выбранном n численные значения констант Ai, NBi, NCi, NXi, NRi, Ni могут быть получены методом регрессивного анализа приведенной модели.
На чертеже представлена температурная зависимость теплопроводности контролируемого образца, полученная предложенным способом с учетом реального содержания всех входящих в керамику элементов (кривая А) и зависимость, учитывающая только реальное содержание кислорода в контролируемом образце (кривая В).
В качестве примера рассмотрим более подробно получение предложенным способом приведенной на чертеже зависимости.
Измерив массу контролируемого образца и его объем, определяют объемную плотность ρ образца ( ρ = 5,197 г/см3).
Измеряют температуру Тc сверхпроводящего перехода керамики контролируемого образца (Тс = 92,4 К).
Иодометрическим методом определяют содержание кислорода в образце и, например, атомно-абсорбционным спектральным методом содержание элементов Y, Ba, Cu в образце. В рассматриваемом примере контролируемый образец имеет состав
Y1,04 Ba1,92 Cu3,09 O6,94. Соответственно отклонение Y = 0,04; b = -0,08; с = 0,09; х = 0,06.
Зная массу молей mY, mBa, mCu, mO рассчитывают теоретическую объемную плотность ρ * контролируемого образца реального состава по формуле (1.
Численные значения констант Ai, NBi, NCi, NXi, NRi, Ni для аппроксимирующего выражения получены методом регрессивного анализа при n = 23.
Подстановкой измеренных значений ρ , Тс, Y, b, c, x в аппроксимирующее выражение, приведенное выше, получают температурную зависимость контролируемого образца (кривая А на чертеже).
Испытания показали высокую точность полученных зависимостей для сверхпроводящей высокотемпературной Y-Ва-Сu-О керамики и высокую степень надежности образцов, контроль которых проведен с получением зависимости λ(Т) по предложенному способу. (56) 1. Кириченко Ю. А. , Русанов К. В. , Тюрина Е. Г. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1990, т. 3, N 7, с. 8.
2. Там же, с. 22.
3. Кириченко Ю. А. , Русанов К. В. , Тюрина Е. Г. Теплопроводность высокотемпературных сверхпроводящих материалов (обзор экспериментальных данных). МЦНТИ, 1990, с. 25.
Формула изобретения: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ Y, - BA - Cu-O КЕРАМИКИ, при котором измеряют объемную плотность контролируемого образца, содержание в нем кислорода и подставляют измеренные значения объемной плотности и содержание кислорода в аппроксимирующее выражение температурной зависимости теплопроводности λ (T ), отличающийся тем, что дополнительно определяют температуру сверхпроводящего перехода, содержание элементов J, Ba, Cu в контролируемом образце Y1+yBa2+bCu3+cO7-x и подставляют их в аппроксимирующее выражение λ (T ), имеющее вид
λ(T)= expA - 2 - 3xNXi ×
× (1-ρ/ρ*)NRi[ln(T/Tc)] /
где y, b, c, x - отклонение содержания соответственно Y, Ba, Cu, O в контролируемом образце от содержания в образце среднестатистического состава YBa2Cu3O7;
- эмпирические константы;
ρ - объемная плотность контролируемого образца;
Tс - температура сверхпроводящего перехода;
ρ*= ρт / 666,2[my(1+y)+mBa(2+b)+
+mCu(3+c)+m0(7-x) ,
где ρт - теоретическое значение объемной плотности керамики среднестатистического состава YBa2Cu3O7;
my, mBa, mCu, mO - масса молей соответственно Y, Ba, Cu, O.