NbTi-Cu界面扩散对多芯NbTi超导复合线的机械性能和载流能力的影响

研究了用不同挤压加热条件制得的芯径小于10μm的NbTi-cu多芯超导复合线的界面扩散情况及线材的机械性能和载流能力.发现NbTi-Cu界面存在互扩散现象,元素的扩散速度按Nb、Ti、Cu次序递增,并随温度升高而加剧.扩散物为硬度比基体高得多的Nb-Ti-Cu复杂化合物.研究指出:附着在界面上的硬而脆的扩散物颗粒及无氧铜的“污染”是导致复合线的机械性能、载流能力和稳定性下降的重要原因。实验证明:要制得芯径小于10μm的多芯NbTi超导复合线,必须严格控制其界面扩散程度.     

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).     

热等静压对NbTi/Cu多芯超导线加工过程的影响

采用传统方法生产的NbTi/Cu多芯超导线在生产芯数较多的超导线时存在填充系数较大的问题,这直接影响了芯丝的整齐排布,所以组装完成后加入热等静压过程.研究了经过热等静压和未经过热等静压的NbTi/Cu多芯超导线的加工性能.经过试验证明,经过100～150MP,2小时热等静压处理的NbTi/Cu多芯超导线坯锭在加工过程中具有良好的加工性能,提高了超导线复合坯锭的成品率;而未经过热等静压处理的NbTi/Cu多芯超导线坯锭加工性能较差,坯锭内部缺陷较多.     

Nb/Ti的扩散行为研究

为了简化NbTi超导线材的制备工艺,本文利用叠压的Nb/Ti复合片对600～900℃处理3～9小时的扩散样品进行了研究.扫描电镜观察和分析结果表明,800℃扩散5小时可以得到厚度较大,Ti含量较高的单β相扩散层;过高的扩散温度或过长的扩散时间仅会增加αβ双相区的厚度,反而会降低NbTi材料的性能.     

铌钛超导体的非合金化制备

本文研究了Nb片和Ti片在不同温度下的扩散行为,并利用Nb片和Ti片交替组配加工,经过扩散反应制备出了NbTi超导线.运用扫描电镜(SEM)观察了Nb/Ti界面的扩散形态及微结构,并对热处理工艺的合理选择进行了讨论.结果表明:经800℃,5小时扩散可得到厚度最大,Ti含量最高的NbTi超导相.该工艺制备出的NbTi超导线材的临界电流密度Jc可达到2800A/mm2(5T、4.2K)和4200A/mm2(3T、4.2K),与传统工艺制备出的超导体的性能相当.     

Nb掺杂影响NiTi金属间化合物电子结构的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了Nb元素掺杂对B2构型NiTi金属间化合物电子结构的影响.点缺陷生成能的计算结果表明,Nb原子掺杂后,NiTi中产生Ni原子和Ti原子空位和反位点缺陷所需要的能量均明显升高;态密度计算结果表明,Nb原子掺杂后与临近原子发生了明显的s-s, p-p和d-d电子相互作用,增加了与临近原子之间的电荷密度,有利于Nb与合金原子的成键.这些由Nb掺杂所导致的NiTi电子结构和键合特征的变化均有利于促进Nb与合金原子的相互作用,在一定程 关键词： NiTi金属间化合物 点缺陷 电子结构 第一性原理计算     

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.     

高能加速器脉冲磁体用超导扁平电缆

一、 自从超导材料发展到有可能大规模应用以来,高能加速器采用超导技术即成为必然的发展方向,而脉冲超导材料是制作加速器主环超导磁体的关键性基础材料.英国卢瑟福高能实验室(RHEL)和美国费米国家加速器实验室(FNAL)相继在脉冲超导电缆与磁体等方面开展了系统的研究工作.FNAL目前已进入生产磁体阶段,并正在安装加速器的一个完整的扇区. 我们采用NbTi合金微芯直径～6μm的NbTi/Cu/CuNi三组元超导股线,研制成功了填充因子达90％,可用于质子同步加速器主环磁体的脉冲超导电缆材料.     

NbTi50/Cu复合超导材料中Cu-Ti扩散层的研究

NbTi50/Cu的加工性能受加工过程中由Cu和Ti的互扩散形成的脆性Cu-Ti化合物所影响.为选择最佳的热处理制度和加工工艺,我们用高温金相观察了在高温和加压条件下扩散层的行为.发现扩散层的厚度与时间的平方根成正比.电子探针测到它随温度按指数规律变化.对单芯和多芯导体作机械性能(σ_b和δ％)测量表明:400—500℃的热处理温度是合适的。Nb-Ti-Cu的共晶点为780℃.     

铌合金电子结构及其高温氧化行为

为了从电子层面揭示Nb合金高温氧化的物理本质,采用递归法计算了Nb合金的电子态密度、原子镶嵌能、亲和能等电子结构参数,探索Nb合金高温氧化机理.研究表明:氧在Nb中具备较高的扩散速率和溶解度,且氧与Nb较易发生反应,生成氧化物,这使Nb的抗高温氧化性较差.原子镶嵌能的计算结果表明,合金元素Ti,Si,Cr在基体中稳定性较低,易向Nb合金表面扩散,形成富Ti,Si,Cr的表层.合金表层中氧与Nb,Ti,Si,Cr间具有较大亲和性,可以生成相应的氧化物,形成对合金具有保护作用的氧化膜. 关键词： 递归法 高温氧化 Nb合金     

铌钛超导体的非合金化制备

本文研究了Nb片和Ti片在不同温度下的扩散行为，并利用Nb片和Ti片交替组配加工，经过扩散反应制备出了NbTi超导线．运用扫描电镜（SEM）观察了Nb／Ti界面的扩散形态及微结构，并对热处理工艺的合理选择进行了讨论．结果表明：经800℃，5小时扩散可得到厚度最大，Ti含量最高的NbTi超导相．该工艺制备出的NbTi超导线材的临界电流密度Jc可达到2800A／mm^2（5T、4．2K）和4200A／mm^2（3T、4．2K），与传统工艺制备出的超导体的性能相当．     

注入Mo 在Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10非晶合金中的扩散

通过二次离子质谱仪(SIMS)研究了Mo在Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10非晶合金中的扩散,并计算出其扩散激活能Q和前置系数D0分别为1.95 eV和1.13×10-5 m2s-1.根据Stokes-Einstern关系式研究了玻璃转变温度以下593-673 K之间Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10非晶合金的黏滞特性,得到的黏滞系数从593 K的1.07×1010Poise降到673 K的1.42×108 Poise.     

尺寸对Cu-Nb微观复合材料磁滞特性的影响

本文研究了Cu-Nb多芯复合线微观结构对磁滞特性的影响.样品通过不同塑性应变和热处理获得不同显微结构.结果表明,经冷加工变形和800℃/1.5h退火,尺寸为Φ1.06mm样品的磁化曲线中只在高场下出现了一个峰,这个峰来源于Nb的体钉扎.Φ2.04mm样品在退火后的曲线中出现了三峰结构,低场下的两个峰是由于临界效应使Cu基体中产生了超导电性引起的,而高场下出现的第三个峰也与Nb的体钉扎有关.样品中Nb芯丝直径及芯丝间距等因素影响了复合材料直流磁化曲线的特征.     

原位法Nb_3Sn热处理中的Cu、Nb、Sn扩散分布

用电子探针和x射线衍射的方法研究了原位法生长Nb_3Sn热处理过程中Cu、Nb、Sn扩散分布。 在300℃热处理48小时,Sn-Cu合金芯形成了η和ε相,Nb纤维开始向纯Cu一方移动,等效于惰性标记的Nb纤维背离Cu-Sn合金的漂移,与da Silva在Cu/Cu(Sn)中观察到的结果正好相反.Nb纤维向外移动起源于中间相的形成. 550℃热处理生成Nb_3Sn的过程是Nb纤维先形成Nb-Sn固溶体,然后逐渐形成接近化学计量比的Nb_3Sn A-15相而不形成任何中间相.     

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     

合金化成分对NiTi合金M_s点影响的正电子湮没研究

用双探头符合系统测量了金属Fe、Co、Ni、Al、Nb、Cu、Ti和NiTi合金的多普勒展宽谱,计算了其S参数和W参数,分析了合金中d-d金属键的作用.结果表明,当用Fe、Co或Al原子加入NiTi合金时,都将使合金中参与形成d-d金属键的d电子减少,从而使金属键减弱;而用Cu或Nb原子加入NiTi合金时,对合金中d-d电子作用的影响很小,合金中共价键的成分变化不大.在NiTi合金中加入合金化元素可以改变其电子结构,进而影响Ms点.     

Cu/SiO2/Si(111)体系中Cu和Si的扩散及界面反应

室温下利用磁控溅射在p型Si(111)衬底上沉积了Cu薄膜.利用X射线衍射和卢瑟福背散射分别对未退火以及在不同温度点退火后样品的结构进行了表征.在此基础上,研究了Cu/SiO2/Si(111)体系的扩散和界面反应.实验结果表明:当退火温度高于450 ℃时出现明显的扩散现象,并且随着温度的升高,体系扩散现象会更加显著.当退火温度低于450 ℃时没有铜硅化合物生成,当温度达到500 ℃时才有铜硅化合物生成.     

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.     

合金元素对钢中NbC异质形核影响的第一性原理研究

为了探索不同合金元素对Nb C异质形核的影响,本文利用第一性原理研究了合金元素X(X=Cr,Mn,Mo,W,Zr,V,Ti,Cu和Ni)对ferrite(100)/Nb C(100)界面性质的影响,并且分析了上述合金元素掺杂前后界面的黏附功、界面能和电子结构.研究结果表明,Cr,V和Ti掺杂的界面具有负的偏聚能,说明它们容易偏聚到ferrite/Nb C界面,但Mn,W,Mo,Zr,Cu和Ni却难以偏聚到此界面.当Mn,Zr,Cu和Ni取代界面处的Fe原子后,界面的黏附强度降低,即这些合金减弱铁素体在Nb C上的形核能力.然而Cr,W,Mo,V和Ti引入界面后,其黏附功比掺杂前的界面要大,且界面能均降低,即提高了界面的稳定性.因此,W,Mo,V和Ti,尤其是Cr,能够有效地促进铁素体形核和细化晶粒.电子结构分析表明,Zr和Cu引入界面后,界面处的Zr,Cu原子和C原子的相互作用变弱;然而Cr和W引入界面后,Cr,W和C原子之间形成了很强的非极性共价键,提高了ferrite/Nb C界面的结合强度.     

快脉冲超导磁体用NbTi超导线材的制备研究

本研究以Cu10Ni合金作为基体材料,采用组装法制备了铜比1.8,Φ0.7 mm的快脉冲超导磁体用NbTi超导线材.研究了Cu10Ni合金、时效次数和最终应变、去应力退火对快脉冲超导磁体用NbTi/Cu超导线微观组织和临界电流密度的影响.实验结果表明:采用Cu10Ni合金作为基体,时效3次且最终应变在3.5-5.0之间时,线材最终应变增大,临界电流密度呈先增大而后降低,最终趋于稳定的变化规律;最终应变为4.37时,随着热处理次数的增加,临界电流密度呈先增大而后降低的趋势,断线次数也随之明显增多.损耗的测试结果表明:采用Cu10Ni合金为基体制备的超导线材的损耗要明显小于无氧铜基体的超导线材.经过3次时效热处理且最终应变为4.37时,Cu10Ni合金为基体制备的超导线材其临界电流密度最高为2308A/mm~2(4.2K,5T,判据0.1μV/cm),损耗为40.8mJ/cm~3,(±3T,4.2K).