掺TiNb3Sn超导性能改善机制研究

在 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线中添加合金元素 Ti 使其超导性能特别是在高场下的临界电流密度 J_c 得到显著改善.T_c 值提高约0.3K,H_(c2)(0)值提高到大约29Tesla,在4.2K_2 15T 和20T 脉冲背景磁场下(脉冲上升时间为10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达到4.4×10~4A/cm~2和3.3×10~4A/cm~2.在实验事实基础上,认为在低温下(<43K)掺适量Ti 元素的 Nb_3Sn 会发生部分马氏体相变,并用此观点结合磁通钉扎基本原理,对掺适量 Ti元素 Nb_3Sn 超导性能显著改善的事实进行解释,得到了一个改善掺适量 Ti Nb_3Sn 超导性能的可能机制.     

Ti对Nb管富Sn法Nb3Sn上临界场Hc2的影响

测量了不掺 Ti 和不同掺 Ti 量的一组 Nb 管富 Sn 法 Nb_3Sn 样品的临界温度附近临界场,使用了 WHH 公式推算了上临界场 H_(c2)(o),研究了冷收缩应力对 Nb_3Sn 上临界场的影响,结果表明:随掺 Ti 量的增加 Nb_3Sn 的 H_(c2)(o)有较大地提高,其提高的主要原因是掺 Ti 以后改善了 Nb_3Sn 的冷收缩应力.     

添加元素Ti对多芯Nb／Cu挤压管法Nb3Sn超导性能的影响

采用多芯 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线,研究了添加元素 Ti 对 Nb_3Sn反应层生长动力学及超导性能的影响.添加元素 Ti 明显提高了 Nb_3Sn 反应层生长速率.T_c值提高0.3K,H_c_2(O)提高到大约29T.在4.2K、15T 和20T 脉冲背景场下(脉冲上升时间t=10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达4.4×10~4A/cm~2和3.3 ×10~4A/cm~2.     

富Sn法制备多芯Nb_(3)Sn超导复合线的研究

采用Nb管和富Sn的铜锡合金之间的内扩散法制备了33和55芯的多芯Nb_3 Sn超导复合线.研究了Nb_3Sn反应扩散热处理(600—850℃,1—250hr)和添加元素In对Nb_3Sn反应扩散层的厚度、晶粒大小和超导性能的影响.结果表明:阶梯升温扩散热处理有利于晶粒细化,添加元素In提高了Nb_3Sn反应扩散层平均生长速率与Nb_3Sn晶粒长大速率之比值.55芯Nb_3(SnIn)复合线全电流密度J_c(4.2K,6T)约为7.3×10~4 Acm~(-2)     

添Ti或添Mg铌管富Sn法Nb3Sn导体的超导性能

采用 Nb 管富 Sn 法制备 Nb_3Sn 导体母材中添加适量合金元素 Ti 或 Mg 分别显著提高导体在≥12T 或≤12T 磁场区域的载流能力.由于 Ti 和 Mg 改善 Nb_3Sn 材料载流能力的机制不同,同时,Ti 进入 A15型(Nb,Ti)_3Sn 化合物晶格,并占据 Nb 原子的结晶学位置,而进入 Nb_3Sn 反应层的 Mg 则以 Mg-Nb-O 化合物沉淀相微粒弥散分布在 Cu-Sn-Mg 母材侧的 Nb_3Sn 晶粒中,因此,若在母材中同时添加合金元素 Ti 和 Mg 将可能明显提高导体在8—20T 整个实用磁场区域的载流能力.使用(Nb,Ti)_3Sn 导体(0.99mm~(?)×1.69mm~ω)制造的超导磁体(2a_1×2a_2×2b=31.5mm×70mm×99.5mm)在10.4T NbTi-Nb_3Sn 背景磁场下,磁体工作电流 I_a=392A(未失超)时,磁体中心场强 H_(?)=14.2T,此时,导体的工作电流密度 Ja(non cu)(14.2T,4.2K)=5.2×10~4Acm~(-2).     

Ti对Nb管富Sn法多芯Nb_3Sn超导转变温度T_c的影响

利用电阻法和电感法分别测量了不掺Ti和不同掺Ti量的一组Nb管富Sn法多芯Nb_3Sn样品的超导转变温度T_c,结果表明,掺Ti提高多芯Nb_3Sn T_c的主要原因是掺Ti以后改善了Nb_3Sn的冷收缩应力。     

Nb_3Sn掺铜的显微结构

前言 Nb_3Sn是A-15化合物中的一个重要超导材料,有较高的H_(c2)(230kG)、T_c(18K)和J_c(在100kG场强下为2.6×10~(5)A.cm~(-2)),继Nb_(3)Sn掺ZrO_(2)颗粒的方法改善了J_c)性能之后叫,J.S.Caslaw期望加入第三元素引起反应动力学的改变来阻止或加快Nb_3Sn的形成达到影响其结构与性能. 结果发现在含有ZrO_2粒的铌基带上加铜扩散形成Nb_3Sn时,反应速度加快。J_c性能也几乎提高一倍. 形成Nb_3Sn的反应速度与锡的扩散速度成正比,所以,反应速度加快实际上意味着锡在铌三锡中的扩散速度加快.金属与合金中的内吸附研究表明,少量具有内表面活性的元素在合金中能显著改变某种元素的扩散速度,即:如果对B元素(或合金)而言,A元素不是内表面活性的,而C元素是内表面活性的,当加入C元素时,便会大大加速(或     

柔性Nb_3Sn超导微型电缆

本文报导了一种新型实用Nb~3Sn超导材料。它是含有6根多芯Nb_3Sn复合线(φ0.14mm)和1根中心增强钼丝(φ0.16mm)的7股单层微型电缆(φ0.45mm)。其最佳性能如下:T_c=17.7K;H_(c2)=24.9T(4.2K);16T下的J_c( 青铜+Nb_3Sn+Nb)=260A/mm~2(4.2K);许用弯曲直径为20mm,室温下许用拉伸应力高达392MPa,且能多次复绕,其超导性能不退降。其内径为40mm的试验磁体与12.8T背场组合,中心磁场达到14.52T。它是制作小型高场超导磁体的优良材料。     

Nb_3Sn正常-超导转变时的比热反常

在16.0°K—20.3°K之间测量了Nb_3Sn样品的热容量。Nb_3Sn在临界温度附近的比热跳跃值ΔC=2.21(±5％)焦耳/克分子·度。样品的临界温度T_c=17.88°K,转变宽度ΔT_c≈0.2°K。ΔC值利用热力学关系式确定了Nb_3Sn在0°K时的热力学临界场H_0=5300奥斯特。 利用本文的结果和文献上关于热膨胀系数的跳跃值Δα及T/P值验证了热力学关系式。 扼要地描述了比热测量装置.     

Nb_3Sn超导带材在高磁场下的临界电流

本文报告了扩散Nb_3Sn和气相沉积Nb_3Sn带材样品在4.2K、高磁场(～22T)下的临界电流测量结果,表明这两种材料具有良好的超导性能,在12T下,其Jc(Nb_3Sn)分别为3.0×10~3A/cm~2及2.9×10~5A/cm~2;在15T下分别为1.4×10~5A/cm~2及6.0×10~4A/cm~2.文中对测量结果进行了简要评价.     

添加元素In、Ga对富Sn法Nb_3Sn反应扩散过程和超导临界特性的影响

本文主要报道添加元素In、Ga对Nb管富Sn法Nb_3Sn反应扩散热处理过程和超导临界特性的影响的初步结果。     

CVD Nb3Sn超导带热处理的研究

本文报道了 CVD Nb_3Sn 超导带热处理的研究结果.短样品经适当的热处理后,其 T_c 由15.6K 提高到17.6K,H_c_2(4.2K)达23.4T.尤其是高场下的载流能力有了明显的提高,在22.1T 场强下,其 I_c、J_c(Nb_3Sn)分别高达5A 和1.33×10~4A/cm~2(4.2K).长带热处理后,其T_c 由15.6K 增至17.6K,正比于钉扎强度的 H_oI_c 值提高20%以上,励磁速度也加快很多,这说明成品带的高场性能和稳定性提高了。本文还对带材性能提高的原因进行了分析和讨论.     

能产生15T磁场的多芯Nb_3Sn导体的冶金与超导性能

本文报道了导体的冶金与超导性能。导体的临界电流密度J_c(4.2K)达到9.0 ×10_4A/cm_2(10T)、5.8×10~4A/cm_2(12T)、1.7×10_4A/Cm_2(16T);上临界磁场H_(c2)~*(外推)为～22T(4.2K);超导转变温度T_c在17.5—17.9K范围;在室温弯曲直径大于或等于100倍线材导体直径时,J_c无退降。使用先绕制后扩散反应的方法成功地制作出了多芯Nb_3Sn螺管超导磁体,此超导磁体在12.8T的背场下,总场达到15.2T。本研究结果意味着,采用这种导体制作15T的实用高场超导磁体是可能的。     

一种新的简易共蒸Nb_3Sn膜的制备及其电子显微术(TEM)研究

一种新的简易共蒸发技术,成功地制备了超导化合物 Nb_3Sn薄膜,临界温度T_c为18K。用该膜为电极材料制作的Nb_3Sn-Pb隧道结,具有典型的直流I-V特性曲线并测得Nb_3Sn膜的能隙值为 3.1meV。电子显微术(TEM)观察研究表明,这种新的简易共蒸术制备的高T_cNb_3Sn膜,是单相的A15型超导化合物Nb_3Sn,具有共蒸A15型超导化合物微结构的基本特征,高分辨电子显微术(HREM)观察到大范围内(500A)Nb_3Sn的二维晶格条纹象。     

一种制备A15化合物超导材料的新方法——微细多芯Nb/Cu挤压复合管富Sn中心扩散法

研究“微细多芯Nb/Cu挤压复合管富Sn中心扩散法”制备Nb_3Sn化合物超导材料,经700℃/24h反应扩散,样品的临界全电流密度Jc(4.2k,6.0T)=3.2×10~5A/cm~2,临界转变温度Tc=17.53k.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB_2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50nm至10nm的MgB_2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

Al_2O_3衬底MgB_2薄膜的超导特性随薄膜厚度的变化

近来超薄MgB2薄膜被认为在研制新型超导电子器件方面具有比较重要的应用前景,对其超导特性的研究同时对理解低维度情形下的多带超导电性也有重要意义.在(0001)Al_2O_3衬底上,我们利用混合物理化学气相沉积方法生长了一系列厚度在50 nm至10 nm的MgB2超导薄膜,测量了薄膜的电阻率—温度曲线及其在不同磁场下的超导转变,考察了薄膜的基本特性参数如超导转变温度T_c、剩余电阻比RRR及超导上临界磁场H_(c2)等随薄膜厚度d的变化.测量发现H_(c2)(T)随温度变化呈现出线性依赖关系,反映出MgB_2薄膜的两带超导特性.随着d的降低,发现薄膜的T_c及RRR值逐渐下降,0 K时的H_(c2)(0)逐渐升高.进一步地,我们发现薄膜的T_c与H_(c2)(0)都随RRR值呈现出比较单调的变化:T_c随RRR值降低而降低,H_(c2)(0)随RRR值降低而升高,表明RRR值是影响薄膜超导特性的比较重要的变量.依照两带超导理论对此现象的分析表明,与薄膜的RRR值降低相伴随的可能是MgB_2薄膜内σ带电子和π带电子的带间散射率的增强.     

NbTi-Nb_3Sn混合超导磁体Nb_3Sn芯磁体的研制

采用掺 Ti 铌管法(NbTi)_3Sn 导体以及“不均匀电流密度绕组设计”,“先绕制后反应”和“环氧真空浸渍”等技术制造的 Nb_3Sn 磁体适合用作 NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置的 Nb_3Sn芯磁体,其高场性能优异,体积小、重量轻、容许励磁速度快,承受失超能力强,所研制的净孔为28.5mm(重2.5kg)、30.3mm(重3.0kg)和41mm(重3.95kg)的 Nb_3Sn 磁体分别成功地用于工作中心磁场 14T,12T 和11T 的NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置.     

不同基片温度下溅射的Nb_3Ge膜性能的研究

本工作研究了仅改变基片温度而其它条件不变的溅射Nb_3Ge膜的性能.通过对样品的Tc、H_(c2)(T)、R(T)的测量,给出在一定条件下基片温度与溅射Nb_3Ge膜的Tc及H_(C2)(0)的关系.发现:存在一生成高Tc、高H_(c2)(0) Nb_3Ge薄膜的最佳温区(800—810℃);△Tc随磁场增加而展宽;溅射Nb_3Ge膜的电阻率ρ(T)在Tc(?)T<65K温区中服从:ρ(T)=α bT~2规律,且与基片温度无关.     

Nb_3Sn超导相的微观组织表征与Sn扩散的研究

CICC导体作为45T混合磁体外超导磁体的重要绕制材料,其所用的超导股线是由牛津公司提供的RRP法制备的高临界电流Nb_3Sn超导线材。由于Nb_3Sn超导相为典型的A15结构,其塑性非常差,所以在实际工程应用当中,往往是采用先绕制线圈,然后对绕制好的线圈进行热处理,进而生成Nb_3Sn超导相。因此,热处理制度的合理制定对于Nb_3Sn超导相的微观组织结构和超导性能具有非常重要的意义。为了验证热处理故障对超导磁体性能的影响,研究制定了三种不同的热处理制度,利用SEM方法对其生成的Nb_3Sn超导相进行微观组织的表征,通过EDS分析Sn元素的扩散;结合Ic值和RRR值的测定结果,对比分析不同热处理制度对Nb_3Sn股线微观组织与性能的影响。