多芯NbTi超导复合线中扩散隔层的研究

研究了两次组合工艺中NbTi与Cu间的扩散隔层对NbTi—Cu界面扩散和复合线性能的影响.发现,NbTi芯棒外加入Nb、Ni、CuNi10、CuNi30等扩散隔层后能有效地减少Nb-Ti-Cu化合物的生成.但在有Ni元素的试样中同时存在Nb-Ti-Ni等高硬度扩散生成物;加入Nb扩散隔层后能减缓了它们间的扩散,又不生成高硬度化合物,因而复合线的塑性极好.实验结果表明,采用NbTi-Nb-Cu复合锭坯在挤压加热温度升高到600℃的情况下,仍可得到塑性良好、载流能力高的多芯超导复合线.     

NbTi50超导合金熔铸新工艺的研究

研究了熔铸NbTi50超导合金的新工艺.合金的部分过程包括了真空壳式炉熔铸.试验的结果证明,较过去用合金轧片消除锭中铌不熔块的方法,能有效地除去NbTi50合金锭中的铌不熔块,简化工序,减少原材料损耗,促进合金均匀化.此外,有利于工业化生产,且提高合金的成品率.最终改善合金的加工性能.及NbTi50/Cu复合线材的超导性能     

不同Ti含量对NbTi超导体临界电流密度的影响

利用Nb片和Ti片交替组配加工,经扩散反应制备了Ti含量从43WT%到57WT%之间的三种不同成份的NbTi超导线.测量了三种不同成份的临界电流密度Jc,讨论了在磁场下不同Ti含量对NbTi线临界电流密度Jc的影响,并对磁通钉扎机制进行了分析.通过扫描电镜(SEM)观察了Nb/Ti界面扩散形态及微结构,并运用多源标度分析法[1]对不同成份的NbTi超导线进行了磁通钉扎力密度随磁场变化曲线的拟合.结果表明:随着含Ti量的增加,其临界电流密度在低场时很高,而在高场时的性能偏低,且下降迅速,而含Ti量低的超导线在高场时的性能更具有优势;超导线在不同磁场下的性能是由点钉扎和面钉扎两种钉扎机制共同作用决定的.     

添加钇对NbTi50超导合金性能的影响

向间隙元素大于1500ppm 的 NbTi50超导合金中适当地添加金属钇后,使合金锭加拉细化,硬度降低,且具有优良的室温机械性能.当钇的添加量为0.2wt%时,合金的相对延伸率与截面收缩率分别达最高值.所有这些都表明,加钇的 NbTi50合金显示了较好地加工塑性.在实验中制得 NbTi50+Y/Cu 单芯复合线的 Jc(一次时效处理),其值较 NbTi50/Cu 单芯复合线的要高10—20%(相同条件与相同判据情况).     

挤压工艺制备19芯MgB_2超导线材及其性能研究

本文采用挤压工艺研制19芯结构的多芯MgB_2/Nb/Cu超导线材,通过单道次挤压工艺将多芯复合包套从Φ64mm挤压到Φ20mm。挤压后的复合线通过冷拉拔最终加工到Φ1.4mm,并在670℃,保温2h进行烧结热处理,成功地制备出百米量级长度的MgB_2超导线材。采用该工艺所制备MgB_2超导线材具有良好的晶粒连接性和芯丝结合强度;显微分析表明该多芯复合线材横截面及超导芯丝分布较为均匀;在20和35K,自场下测试了所研制线材的传输性能,其超导临界电流密度J_c分别为1.05×10~5和6.7×10~4A/cm~2。     

MgB_2/Nb/Cu多芯线材的力学性能研究

实验中对采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备的Nb芯增强,6芯、12芯和36芯等多种导体结构的Nb/Cu复合包套MgB2多芯超导线材的力学性能进行了针对性地研究;设计并加工了一套专门用于低温下MgB2线带材弯曲应力测试的样品架;研究了MgB2线带材的临界电流随弯曲应力的变化性能;同时研究了室温及低温条件下的拉伸对MgB2线材超导电性的影响。力学性能分析表明,所制备的Nb芯增强6芯MgB2超导线材在弯曲直径为80mm以上时,超导临界传输电流没有出现明显的退降,同时该线材的拉伸力学性能也比未增强线材有明显的改善。     

低损耗NbTi线材制备技术研究

国内重离子加速器(HIAF)磁体服役在高速脉冲电流下,要求超导磁体用超导线具有较低的损耗,并具有高的临界电流,针对磁体的设计要求,本文研制了两种新型结构的NbTi/Cu0.5Mn超导线,通过两次组装、冷拉拔获得了线径Φ0.8mm、12960芯和10800芯、铜比2.0、芯丝小于5μm的高临界电流、低损耗超导线,系统研究了两种新型结构超导线的截面形貌、芯丝形貌、磁滞损耗及不同时效热处理次数超导线的临界电流密度(Jc)和n值,最后获得了线材芯丝直径和磁滞损耗的变化关系.研究结果表明,两种线材经过二次组装、挤压和冷拉拔后,单个亚组元成型良好,芯丝变形粗细均匀,尺寸大约4μm.随着时效热处理次数由3次增加到5次,线材芯丝表面有颗粒状的CuTi化合物生成,且5T、4.2K下临界电流密度由2295A/mm2增加到2958A/mm2,不同时效热处理次数的线材n值大小介于30~60之间,表明芯丝整体变形均匀.线径Φ0.8 mm、12960芯和10800芯线材在4.2K、±3T下的磁滞损耗分别为35.5mJ/cm3、42.8mJ/cm3,随着线材芯丝直径由4.6μm减小至2.8μm,磁滞损耗由42.8mJ/cm3降低至17.3 mJ/cm3.最后,通过优化工艺后获得了Jc(5T、4.2K)为2958 A/mm2,Qh(4.2K,±3T)为37.5mJ/cm3的千米级NbTi/Cu0.5Mn超导长线,并可实现批量化生产.     

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.     

多芯NbTi/Cu复合棒的制造工艺改进和完善

本文是对传统制造工艺改进和完善,制造多芯NbTi/Cu复合棒研究实验.通过自设计制作一套组装工装成功两次组装8000芯NbTi/Cu复合大包套(φ220 mm×560 mm);利用非真空焊封工艺成功焊封多芯大包套;在挤压拉伸过程中增加了热等静压和扒皮工艺,提高了铜材洁净度及复合包套的填充系数;分析挤压过程中芯棒的变形行为规律:当包套填充系数＞93%时,挤压芯棒排列紧密,均匀变形;填充系数＜93%时,挤压芯棒出现不规则变形.     

19芯Fe/Cu复合包套二硼化镁超导线制备及其超导性能研究

采用In-Situ PIT方法,以工业级低纯度B粉(92%)和镁粉(99%)为原料制备了19芯Fe/Cu复合包套MgB2超导线。断面扫描电镜观测表明,超导线内部超导芯分布排列均匀,Fe层都能完好包围MgB2芯体,Fe与Cu层结合紧密,填充因子0.17。750℃热处理1h后,样品超导转变温度Tc(onset)=33.5K,转变宽度ΔTc=4.8K。X光衍射检测发现,MgB2超导相中不存在其它Mg-B化合物杂项,但含有少量MgO和FeB2。多芯化后,超导芯中FeB2略有增加。四引线Ic测试发现,19芯样品在4.2K,4T时,临界电流密度为5622A/cm2,比单芯样品14400 A/cm2降低约2/3。     

一种实验用交流超导磁体的研制

该文介绍了用于探测线圈法测量超导材料交流损耗的一种交流超导磁体的设计、加工与绕制。超导磁体设计采用成熟的螺线管磁体技术,磁体骨架为低温环氧树脂加工而成,所用超导线为NbTi/Cu复合超导绞线。为了满足磁体的稳定性,每两层超导线间留出了一条冷却通道。所绕磁体的磁场强度和均匀度都满足设计要求。     

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.     

Material modifications induced by swift heavy ions in NbTi superconducting wires

The Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) to be built at GSI in Darmstadt will be equipped with superconducting magnets. Due to the high ion beam intensities and related beam losses, radiation damage of the Cu/NbTi superconducting wires used in the magnet coils has to be considered. Here we report first experimental results on NbTi multifilament wires exposed to 2.6 GeV U ions at room temperature. Radiation-induced effects were examined using X-ray diffraction and transmission electron microscopy. With increasing ion fluence the amount of the α-Ti phase decreases. This is crucial because α-Ti precipitates are the main flux-pinning centres in the Nb–Ti superconducting alloy. The equilibrium hcp α-Ti transforms into the hexagonal ω-Ti phase.     

50kA超导变压器初级绕组设计制作及低温通电实验

主要讨论了超导变压器初级绕组的设计、绕制以及低温通电实验,初级绕组主要采用2 942匝NbTi超导股线绕制,并经过真空压力浸渍而成。利用Ansys软件分析了其磁场分布。采用LHe浸泡式制冷,最大电流可达190A,中心场约为2T。     

磁约束等离子体推进器高温超导磁体系统的电磁计算

在地面实验中磁约束等离子体推进器磁体系统是靠四个NbTi低温超导磁体提供磁场,现在设计依靠G-M制冷机传导制冷的由Bi2223超导带材绕制成的四个高温超导磁体替代以前的四个低温超导磁体.本文利用ANSYS有限元分析软件进行电磁计算,得出高温超导磁体的参数。     

Design of a conduction-cooled 4 T superconducting racetrack for a multi-field coupling measurement system

A conduction-cooled superconducting magnet producing a transverse field of 4 T has been designed for a new generation multi-field coupling measurement system,which will be used to study the mechanical behavior of superconducting samples at cryogenic temperatures and intense magnetic fields.A compact cryostat with a two-stage GM cryocooler is designed and manufactured for the superconducting magnet.The magnet is composed of a pair of flat racetrack coils wound by NbTi/Cu superconducting composite wires,a copper and stainless steel combinational former and two Bi_2Sr_2CaCu_2O_v superconducting current leads.The two coils are connected in series and can be powered with a single power supply.In order to support the high stress and attain uniform thermal distribution in the superconducting magnet,a detailed finite element(FE) analysis has been performed.The results indicate that in the operating status the designed magnet system can sufficiently bear the electromagnetic forces and has a uniform temperature distribution.     

Transient stability of AC multi-strand superconducting cables

AC application, it is necessary to estimate the stability of multi-strand superconducting cable. Therefore, we have been studying the transient stability of non-insulated multi-strand cable when one strand in a cable turns into the normal state locally. In the quench process, local temperature rise produced by current redistribution among strands is not desirable for stability. In a previous work, we discussed the effect of Cu matrix allocated to each strand on the transient stability and showed that the Cu matrix allocation can improve the stability of non-insulated multi-strand cable through mainly numerical simulations. In this paper, we carried out experiments on three kinds of non-insulated three-strand cables; one consists of NbTi/CuNi strands and the others consist of NbTi/Cu/CuNi strands having different cross-sectional arrangement. These sample strands have almost the same diameter, the same matrix to superconductor ratio and the same B–J characteristics to evaluate the effect of Cu allocation quantitatively. We choose to define the transient stability in terms of the minimum quench energy (MQE) at each DC transport current. We also investigated the transient stability of sample cables when quench is initiated in two or three (all) strands simultaneously.     

低温／高温复合超导体的热稳定性的数值模拟研究

本文提出了一种高温超导体与低温超导体直接复合成混杂结构的复合超导体的导体模型.针对NbTi/Bi2223复合超导体的热稳定性进行了初步的理论模拟研究,结果表明低温/高温复合超导体的最小失超能远大于低温超导体,失超传播速度介于纯低温超导体和高温超导体之间,对于超导磁体的热稳定和保护具有重要参考价值.     

基于铅铟合金线的SFQ多芯片超导互连方法研究

用基于铅铟合金线的引线键合(WB)工艺对单磁通量子(SFQ)多芯片的超导互连方法进行了研究,将铅含量75%,铟含量25%的铅铟合金线制备成WB线材,用超声楔形焊工艺成功实现SFQ芯片I/O接口焊盘的超导互连.拉力测试表明室温下铅铟合金线键合强度与同线径金线相当,优于同线径铝线;用开尔文四端法测量了铅铟合金线互连的多级超导转变温度以及线材与超导芯片之间的接触电阻,结果表明该铅铟合金线的超导转变温度为6.63 K,当温度降低至6.63 K或更低时,铅铟合金线的线阻以及线材与SFQ芯片I/O接口焊盘的接触电阻为0,实现了超导互连;并通过热冲击实验验证该WB结构具有优异的热稳定性.