Nb_3Sn超导股线残余应力分析

Nb3Sn超导股线在900K形成,而工作环境是在4.2K,从高温到低温会在Nb3Sn超导股线内部产生残余应力与应变,Nb3Sn超导股线对应力应变十分敏感,过大的应力会使股线的性能严重退化。通过理论计算和数值模拟的方法来计算Nb3Sn超导股线的残余应力与应变。     

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基于当前应用较广泛的应变下临界电流测量装置Pacman,利用有限元方法对应变盘及超导线进行受力分析,得到了超导线轴向及横向的应变分布情况。结合Nb3Sn超导线偏应变临界电流定标律,分析了在两种极限假设情况(低丝间电阻和高丝间电阻)下超导线截面应变分布对临界电流的影响。     

Nb_3Sn超导股线受压弹塑性有限元分析

运用ANSYS软件建立Nb3Sn超导股线的二维截面简单模型,采用有限元方法研究平板压缩和凹面板压缩方式对Nb3Sn超导股线在4.2K低温下受不同的压力下弹塑性应变的影响。通过分析得出:两种不同的压缩方式使Nb3Sn股线中超导区域的中间位置的应变比靠近外层位置的应变要大;受同样压力作用下,平板压缩导致的超导区域的平均应变要比凹面板平均应变大。采用该有限元模型,研究了Nb3Sn超导股线三个不同位置上产生的空隙在压力作用下对超导股线的弹塑性应变的影响。通过分析可得出:空隙会使股线中的超导区域的平均应变增大,并且越靠近施力点的空隙对平均应变影响越大;在具有相同位置的空隙下,平板压缩导致的超导区域的平均应变要比凹面板平均应变大。     

Nb_3Sn超导线弯曲应变对临界电流影响研究

Nb3Sn超导线现为大型工程科研项目如国际热核聚变反应堆(ITER),强磁场项目等磁体的基本材料之一.由于A15相的脆性,受力作用下Nb3Sn超导体超导性能会发生严重退化.在ITER用管内电缆导体(CICC)中,股线受到电磁力作用时会产生弯曲应变.为研究弯曲应变对超导线的临界电流影响,我们对ITER标准临界电流测试骨架中间部位开槽,使股线在通电过程中产生循环的弯曲应变,并测试得到其临界电流.结合Nb3Sn超导线偏应变临界电流定标律,分析在两种极限假设情况(低丝间电阻和高丝间电阻)下超导线弯曲应变对临界电流的影响,并与骨架开槽实验结果进行比较.     

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.     

14T全身超导MRI磁体的技术挑战——大规模应用强场超导磁体未来十年的发展目标之一

本文首先综述了大规模应用的超导磁体,依赖并推动铌三锡Nb3Sn导线技术进步,向更强磁场发展的趋势.着重分析了超高场14 T全身MRI磁体的挑战性技术.选择青铜Nb3Sn导线,采用Nb3Sn线圈和NbTi线圈相结合的混合结构,对14 T全身MRI磁体进行了电磁概念设计和热稳定性及失超保护仿真分析,并简要阐述了14 T全身MRI磁体在应力、接头和匀场方面的关键问题.根据分析结果认为:1)Nb3Sn导线是14 T全身MRI磁体需要面临的首要挑战性问题—作为最佳选择的青铜Nb3Sn导线,其现有产品的性能指标离14 T全身MRI磁体的要求尚存在有一定的差距;2)14 T全身MRI磁体的失超保护涉及线圈的铜超比设计、运行电流同线圈电感的协调配置、被动保护的分段策略和主动保护的失超触发控制以及主动屏蔽结构磁体在失超过程中的逸散磁场限制等多个十分复杂的环节,是最具挑战性的综合性技术.     

有限元法模拟Nb_3Sn线材的应变分布

Nb3Sn超导磁体正常运行时,复合超导线材将受到大的机械载荷(如温度载荷、轴向拉伸和电磁力),其超导电性可能发生可逆和不可逆的退化。针对Nb3Sn线材经高温热处理后冷却到4.2K所产生的热应变,对复合线材结构建立详细的三维有限元分析模型,解决了一维模型不能详细模拟应变分布的问题,从微观尺度仿真了导体内部的应变分布,阐明了导体不同组份材料上热应变分布的特点。在此基础上,进一步分析了对Nb3Sn复合导线施加轴向拉力时,内部Nb3Sn芯丝上由压应变向拉伸应变的转换过程。     

Nb_3Sn CICC交流损耗及分流温度计算与分析

由于应变对Nb3Sn CICC(Cable-in-Conduit Conductor)交流损耗和稳定性有重要影响,中文基于Godeke-Ilyin定标法则首先求得Nb3Sn导体的临界电流密度,以此为基础计算分析了交流损耗,并讨论了电磁循环对交流损耗的影响;此外基于Godeke-Ilyin定标法则与分流温度的试验结果,拟合出分流温度与轴向应变的关系式,这为分析应变对Nb3Sn CICC分流温度的影响提供了一种思路。     

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介绍了Pacman装置的设计原理,用Pacman装置测量了OST公司通过内锡法工艺制备的Nb3Sn超导股线在12T,4.2K条件下单轴方向的临界电流与应变的关系,应变的范围在-0.8%～+0.6%。用偏量比例模型模拟了临界电流与轴向应变之间的规律,分析了随应变的改变n值的变化,得出了Nb3Sn超导股线对应变的敏感程度。     

内锡法Nb_3 Sn超导线材的A15相成相动力学研究(英文)

为研究Nb3Sn超导材料的A15相成相动力学,设计并制备了四组单组元内锡法(MEIT)超导线.这四组MEIT导线设计了不同的Sn/Cu比,并在一组导线中合金化掺杂了1at%Zr,,所有导线样品先经历210℃/50hr+340℃/25kr的Cu-Sn合金化热处理,然后进行A15相成相热处理.选择四种反应温度:650℃,675℃,700℃和725℃,以研究成相热处理温度和时间的影响.用SEM技术测定所有热处理样品的A15相层厚,然后对不同温度下的热处理时间作图,并进行非线性拟合.所得结果表明四种因素促进了A15相的增长:增加反应温度,延长反应时间,增大Sn/Cu比率和合金化掺杂zr;内锡法Nb,sn超导线材的成相动力学服从Yn=K(T)t变化关系,A15相生长指数n值受热处理温度和Zr掺杂的影响.     

超导股线Nb3Sn的性能测试研究

随着超导磁体的不断开发应用,对高临界电流密度超导材料的需求不断增长,以金属间化合物为基体的超导材料Nb3Sn具有特殊的实际意义,其制成的导体临界性能高于NbTi导体,Nb3Sn股线也是ITER磁体的关键组成部分.为了选择超导磁体合适的运行参数以及确定其稳定运行的范围,了解其超导特性是必要的.根据磁体设计所用标准,磁体运行时性能与股线的性能密切相关.本文介绍了一种测试Nb3Sn股线临界性能的方法,实验采用四引线法进行,测试中对样品提供了一个垂直方向的背景磁场,其大小可从0 T变化到16 T,实验时样品置于变温杜瓦内,温度调节通过控制进入变温杜瓦的氦气量来实现,可使温度变化小于0.01 K.对测试结果运用Summer定理进行了拟合并加以分析.     

内锡法Nb3Sn超导线A15相组成及TC的特征研究（英文）

设计并制备四组不同组成的内锡法Nb3Sn单组元线和两组不同结构设计的多芯线.先将所有样品进行210℃/50hr+340℃/25hr的Cu-Sn合金化热处理,接着进行A15相成相热处理.四组单组元线的成相热处理程序是在675oC,700oC和725℃三种温度下热处理100小时和200小时;而两组多芯线的成相热处理程序是在675℃,675℃,700℃和725℃四种温度下热处理128小时和200小时.将所有热处理样品采用X-射线EDS进行A15相组成分布测定,采用SQUID磁化法测定临界温度TC.所得结果表明,经过足够热处理时间后各种内锡法Nb3Sn超导线的最终A15相组成和TC与热处理温度、导线复合体组成和结构设计以及第三元素的合金化掺杂无关,而是由这种扩散与固相反应的机制本质所决定的.     

X荧光光谱法测定沉积在镍基合金带上Nb3Sn成分比

本文提出用溶液法X荧光光谱测定沉积在镍基合金带上Nb3Sn成份比。在我低管压和管流的条件下采用二元比例法，铌锡荧光强度比与其重量比呈良好线性关系。铌锡薄层与合金基带的重量比，试液浓度，液槽中试样液面的高低等不影响铌锡的荧光强度比。方法的准确度和再现性，令人满意。     

Nb_3Sn/Cu复合导体分流温度的定量计算

铌三锡是高磁场下实用的一种低温超导材料,分流温度是超导磁体的关键设计参数。文中采用超导体幂指数模型,定量计算了绝热条件下柱状铌三锡复合导体的分流温度,计算结果与现有的分流温度估算公式结果相符;另外还分别讨论了幂指数模型的中的指数n以及磁场对铌三锡复合导体分流温度的影响。结果可以为无液氦直接冷却系统中超导磁体的相关低温技术研究提供一定的数据参考。     

Effect of residual stresses on the inelastic properties of metallic composites

The stressed state of in metallic composite systems is analyzed. It is analytically shown that the temperature dependences of the internal friction in the composites may have extrema that are caused by internal stresses. The analytical results are supported by the experimental temperature dependences of the internal friction in (Cu-13% Sn)-30% Nb and Cu-1.3% Cr composites.     

Nb3Sn复合超导体晶粒生长机制

本文研究了Nb/固态Cu-Sn和Nb/液态Cu-Sn界面上Nb₃Sn晶粒的生长。实验表明:固态-固态界面上生长的晶粒尺寸虽小(约0.1μm),但Nb₃Sn晶粒的长大仍符合通常的固态晶粒长大规律;固态-液态界面上生长的Nb₃Sn分成两层,靠近Nb的内层晶粒细小,排列致密,外层晶粒粗大,分布零散,后者是前者经过溶解/沉积过程引起的,晶体形貌大多数呈菱形十二面体,部分呈正交平行六面体,说明Nb₃Sn的{110},{100}面