点热源触发的超导复合材料低温广义热传导特性分析

本文针对超导材料在低温和跨温区环境下的热传导特性,基于广义热传导理论并考虑超导材料低温下的比热、热导率的温度依赖性,建立了一描述超导复合带材在点热源触发下的非线性热传导模型.采用有限元法进一步求解获得了超导复合带材低温和跨温区环境下的温度场演化特征.研究结果表明:低温下超导复合材料的参数温度依赖性对其温度分布与热传导特性有着显著影响,其随初始环境温度的升高而逐渐减弱;热松弛时间对低温下超导材料的热传导具有显著影响.另外,文中还讨论了超导复合材料不同铜超比对其低温热传导的影响等.     

NbTi、Nb_3Sn超导线拉伸性能研究

超导线材的力学特性是决定超导线使用性能的主要因素之一.超导电缆绞制过程中的张力、扭矩,和电缆载流时产生的电磁力都会使超导线发生各种应变,从而对其临界性能造成影响.因此研究单根超导线的力学性能对分析预测超导电缆的临界性能有重要参考意义.本文主要对以Nb系低温超导材料为基础的NbTi、Nb3Sn超导线在不同温区进行了拉伸实验,测得不同种类、不同状态的超导线在不同温度下的杨氏模量和抗拉强度.并对部分实验结果进行了对比分析和数值拟合.     

不同封装光纤低温测温性能研究

基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器由于具有抗电磁干扰、耐高压、可连续测温等优点,在超导电缆及相关超导电力装置中具有潜在应用场景.在超导电缆低温运行环境中,常规光纤封装材料耐低温性能差,其收缩变形会降低光纤测温性能甚至破坏光纤结构.本文对低温下不同封装光纤测温性能展开研究,选择四种光纤样品,在77～287 K温度区间内对其进行了稳态和动态温度测量实验,分析了低温下不同封装材料、结构和厚度等因素对光纤测温性能的影响,给出了适用于液氮低温测温的光纤封装材料和结构,实验验证了聚烯烃紧套光纤在时间和空间上连续测温的可行性.     

液氮温区浸渍树脂材料电气性能研究

实现超导电力装置的低温高压绝缘,是保证超导系统和电网安全稳定运行的关键,绝缘材料在液氮中的电气性能将直接影响到超导电力装置的安全稳定运行.本文以中国电力科学研究院研制的液氮环境中使用的浸渍树脂材料为研究对象,针对不同的试验要求设计浸渍树脂材料的固化模具,并根据固化工艺流程制备所需的试验样品.对浸渍树脂材料在常温和液氮温区下的工频击穿、雷电冲击、相对介电常数、介质损耗角正切值进行了测试,为超导电力装置用低温高压绝缘材料提供依据和参考.     

国产MOCVD-YBCO带材高温超导线圈研制与磁场温度特性研究

超导磁体的场强与超导材料的载流能力、磁体口径和低温环境有密切关系.为了在中高温区域实现高磁场强度的超导磁体,采用国产第二代高温超导带材,成功绕制出内直径为100 mm的高温超导线圈.该超导线圈在77,65,55和46 K不同温区下进行了性能测试,其最大运行电流分别为65,147,257和338 A,对应的中心磁场强度分别为0.78,1.77,3.1和4.08 T.所研制的超导线圈的中平面上磁场基本一致.     

液氮温区体超导材料约瑟夫逊效应的实验研究

本文对液氮温区的大块体超导材料的约瑟夫逊效应进行了实验研究.我们证实在未加工成任何弱连接形式的体超导材料上也会观察到约瑟夫逊效应.这对于搞清液氮温区超导材料的特性及其应用都具有一定的参考价值.     

深冷温区环氧树脂和聚四氟乙烯电阻率与击穿特性研究

电阻型超导直流限流器的主要部件是限流单元和电气终端,其采用的低温绝缘材料主要是玻璃纤维加强环氧树脂和聚四氟乙烯。针对环氧树脂和聚四氟乙烯样品在深冷温区的绝缘特性进行研究。利用三电极法对两种材料的电阻率随温度和场强的变化规律进行了测量,对两种材料的击穿耐压进行测试并观察其击穿痕迹,进一步利用Weibull分布对试验结果进行分析,试验结果表明:电阻率随温度和场强变化,击穿耐压符合Weibull分布。     

温度与外加磁场对近零介电常数区超导材料光学特性的影响研究

基于二流体模型,对三种结构模型就温度及外加磁场对超导材料光学特性的影响进行了研究.由于超导材料的折射率依赖于温度及外加磁场,超导材料的光学特性也随之变化.分析结果表明,TE波和TM波随温度与外加磁场的变化是一致的.在确定的温度下,超导材料光学特性随外加磁场的增加单调变化.但在确定的外磁场下,存在一转折温度,以该转折温度为分界点,超导材料的光学特性随温度表现出不同的变化规律.     

4~20 K 温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、 超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度, 固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差, 进而增加制冷机系统冷损. 为定量探究4~20 K 深低温区固体接触热阻, 采用GM 作为冷源, 设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台. 利用感压纸进行接触界面压力校核, 并对温度重复性进行验证. 实验测试了不同导热介质填充情况下, 温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律. 基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合, 获得4 ~20 K 温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

变形方式对Cu-Nb复合线材的结构和性能影响研究

Cu-Nb复合线材作为一种典型的高强度、高电导、高导热铜基复合材料,是制备超高场脉冲磁体的首选导体材料.低温和轧制变形作为梯度纳米材料塑性变形的新型变形手段,得到广泛关注。本文分别开展了低温、轧制变形方式对锯管增强Cu-Nb复合线材(Cu-Nb-Cu)的结构及性能影响的研究.有效调控了复合线材的强度和电导倒置关系,实现了Cu-Nb-Cu复合线材的综合性能突破.揭示了轧制变形后Cu-Nb-Cu复合带材的芯丝结构演变特征,探讨了Cu-Nb-Cu复合线带材的低温和轧制变形机理.     

超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4/超高分子量聚乙烯复合材料的输运性质

采用热压法获得了具有不同混合比例的超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4/超高分子量聚乙烯导电复合材料,并利用x射线衍射、扫描电子显微镜和标准四引线方法对复合材料的结构和低温电输运性质进行测量.实验结果显示,超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4颗粒随机分布在聚合物本体中,相互间没有连接构成网络结构.在正常态下,复合材料的电阻-温度变化曲线给出类半导体行为.但对应于超导氧化物La1.85Sr0.15CuO4的超导转变温度Tc处,复合材料的电阻-温度变化曲线出现了极小值.室温下电阻率ρ随外加电场强度E的变化曲线测量结果表明,ρ-E曲线为一线形关系,随着电场强度E增加,电阻率ρ下降.文中对可能存在的导电机制进行分析,结果表明隧道贯穿模型可以很好地解释复合材料的导电机制.另外,外加电场强度E对复合材料的电输运特性有明显的影响.     

超导体在低温液体泵中的应用研究与发展现状

由于低温液体泵固有的低温工作环境可为超导材料提供冷却条件而省去制冷系统,将超导材料应用于低温液体泵具有显著优势。本文针对高可靠性低温液体泵在低温流体输送中的应用需求,介绍了传统低温液体泵的应用背景及其存在的问题; 总结了国内外超导技术应用于低温液体泵的研究现状,详细讨论了低温泵用超导电机、低温泵用超导磁悬浮轴承和其他结构超导低温泵的研究热点和发展趋势; 在此基础上,提出一种轴向磁通盘式电机驱动的超导磁悬浮低温潜液泵。其离心泵叶轮和盘式电机转子在超导磁悬浮轴承系统的悬浮支撑下可实现无接触转矩传动和无摩擦旋转运行,该新型结构超导磁悬浮低温潜液泵在结构上具有独特优势,其研发对推动超导低温液体泵技术具有促进作用。     

热处理温度对MgB2超导材料的超导电性及微观结构的影响

采用粉末烧结方法在不同温度(650℃,700℃,750℃,800℃,850℃,900℃)制备了MgB2超导块材.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了热处理温度对MgB2超导材料的成相及微结构的影响.采用磁化法测定不同温度制备MgB2超导材料的超导电性.结果显示热处理温度对MgB2超导材料的晶粒尺寸、形状和超导电性有明显影响,700℃制备的MgB2超导体具有最高的临界电流密度和最好的磁通钉扎特性,细小的晶粒尺寸是样品磁通钉扎特性改善的原因.     

高温超导直接冷却的氮化铝与无氧铜接触界面热阻的实验研究

氮化铝(AlN)具有高热导性、高电绝缘性,是超导二元电流引线热截流结构中常用的材料之一。根据稳态导热法建立低温真空实验装置,实验研究了超导冷却系统热截流结构中,界面温度和接触压力对AlN块材与无氧铜(OFHC-Cu)块材间接触界面热阻的影响。在实验温度(90K-210K)和压力(0.273MPa-0.985MPa)条件下,AlN/OFHC-Cu接触界面热阻随接触压力的提高而降低,而当界面温度上升时界面热阻由于热载子热运动的强化而降低,温度较高时,接触界面热阻随压力变化的速率趋缓。低温下AlN/OFHC-Cu间的接触界面热阻是直接冷却超导系统的设计和超导系统的热稳定性方面必需解决的问题。     

超导材料的应力效应

本文评述了超导材料在低温下的反常机械行为及应力对超导材料各种性能和超导磁体运行特性(退化和锻炼效应)的影响.同时提出了作者认为有待进一步研究的各种问题.     

用于低温电气性能测试平台的温度控制系统

随着空间技术的不断发展和超导技术的实用化,不同低温环境下绝缘材料的电气特性越来越受关注.针对低温环境中绝缘材料电气性能测试系统,文章基于Labview平台,采用闭环控制原理设计了一套温度控制系统.该系统能较精确稳定地实现对试验区域温度的控制,可以用于不同低温温度下绝缘材料的电气性能测试.     

20K-40K温区大功率单级脉管制冷机研究

脉管制冷机没有低温下的运动部件,具有运行可靠、低振动、低磁噪声以及长寿命等显著优点,可望在空间技术、超导、低温电子等领域获得广泛应用.文中介绍自行研制的一台20K-40K温区大功率单级脉管制冷机.初步实验结果表明,该制冷机的最低制冷温度为15.4K,在20K、30K和40K的制冷量分别达到6.1W,21.3W和37.3W.该制冷机为进一步的超导应用奠定了良好基础.     

结构材料对传导冷却超导磁体励磁稳定性影响

针对NbTi线材绕制的7 T无液氦传导冷却低温超导磁体,利用有限元方法对励磁过程中超导磁体结构材料内部的涡流损耗进行计算;对比不同材料的低温比热容、热导率和电阻率,利用有限元软件对不同结构材料超导磁体励磁过程进行仿真,得到磁体内部的涡流和温度分布以及不同励磁速度对超导绕组温升的影响。结果表明,磁体最大允许励磁速度与结构材料的低温电阻率呈正相关,超导绕组的最高温度随励磁速度线性变化。     

低温下测量超导球转子极轴偏角的光学读取系统的研究

本文介绍了一种低温下测量超导球转子极轴偏角的光学读取系统及其读取原理,讨论了光学读取系统照明产生的热量对转子正常工作的影响.分析结果表明,此光学读取系统可用于液氦温区下测量超导球转子的极轴偏角.     

一种新型YBCO高温超导带材临界电流特性测试方法

针对YBCO高温超导带材临界电流特性,文中基于四引线法,构造了一个集成有背景磁场发生装置的减压降温的低温测量装置。该装置包括一个提供背景磁场的双"E"形铁心线圈磁体;一个可以旋转0—360°的超导带材样本架以及一套可实现减压降温功能的低温测试系统。通过对低温杜瓦内温度、YBCO带材所处背景磁场大小、背景磁场与YBCO带材表面夹角的控制,实现了YBCO超导带材在不同温区、不同磁场及磁场方向下的临界电流特性的测量。这种新颖的测量方法和装置,综合考虑了环境温度、背景磁场和磁场方向变化的具体影响,能够获得较全面的YBCO高温超导带材临界电流性能参数。