NbTi复合超导线剩余电阻比(RRR)测定国际标准制定中若干问题的实验探讨

分别用曲线法和定点法测定了三个具有不同剩余电阻比的ＮｂＴｉ超导线样品在低温下的剩余电阻．最大的相对差别为０．５％．从而证实了定点法是一种简单、有效的ＮｂＴｉ超导线剩余电阻比测定方法．在定点法中，需准确测定相对零电势电位．样品在低温下的温度控制和测量精度可为±１Ｋ．这些实验结果为相应国际标准的制定提供了有价值的实验依据．     

NbTi复合超导线剩余电阻比（RRR）测定国际标准制定中若干问题的…

分别用曲线法和定点法测定了三个具有不同剩余电阻比的ＮｂＴｉ超导线样品在低温下的剩余电阻。最大的相对差别为０．５％。从而证实了定点法是一种简单，有效ＮｂＴｉ超导线剩余电阻比测定方法。在定点法，需准确测定相对零电势电位。     

扭转的NbTi复合线短样品交流损耗的实验研究

用“双线圈方法”测试了扭转的NbTi复合线短样品的磁滞(辶回)线.研究了磁滞损耗和(辶回)线形状与超导丝芯径(d)、纵向外磁场变化率(dH/dt)、复合线的扭距(lp)、以及剩磁与(d)和(lp)间的关系.实验结果如下: (1) 磁滞损耗与超导丝直径成正比.NbTi-Cu-CuNi三组元复合线的损耗比NbTi-cu二组元复合线的大. (2) 磁滞(辶回)线的形状和面积随纵向场dH/dt而变化.当dH/dt变大时,不仅(辶回)线的面积增加而且形状也略有变化. (3) 对于同一种复合线,(辶回)线的形状和面积随扭距而变化. (4) 超导丝直径粗、扭距短、剩磁大;直径细、扭距长、剩磁小.     

多芯超导复合线母材比的计算

对于一般热挤压复合工艺制备的多芯超导复合线给出了计算单一母材和多元母材复合线母材比的通用公式,并就实际Cu-NbTi二组元和Cu-CuNi-NbTi三组元共五种多芯超导复合线作了举例计算.总母材比的计算值与称重法的测量值相比,相对误差均在5％之内,最优误差小于1％.     

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℃.     

充蜡稳定超导螺线管的实验研究

本文总结了充蜡超导螺管的实验研究工作.大量实验证明,石蜡充填可使大电流密度、密绕的超导螺管达到或接近短样性能.最大被试磁体的绕组内径为400mm,储能约3×10~3J,最强场约5.2忒,超导体电流密度为9×10~4A/cm~2,总电流密度约2.2×10~4A/cm~2.多次热循环后磁体性能稳定.     

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.     

“三测量点”确定NbTi/Cu复合超导线材分流温度

分流温度(Tcs)是指超导磁体在特定的工作磁场与电流下,当温度升高,超导体中的电流开始流向基体材料时的温度.本文测量了在不同磁场,不同温度时多个测量条件下ITER用NbTi/Cu复合超导线材样品临界电流密度的值,Jc=F(B,T);根据线材不同的使用条件,总结出"三测量点"确定NbTi/Cu线材分流温度的简便方法,对比导体短样分流温度的测量结果,进一步验证了"三测量点"测量线材分流温度并预测导体分流温度的可行性.它为线材制造商及时了解工艺改进效果提供了有力依据.     

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.     

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.     

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。     

范性形变对NbTi合金超导转变温度的影响

研究了时效热处理的Nb50wt％Ti和Nb46.5wt％Ti合金在经历不同程度最终冷变形后,它们的超导转变温度的变化。研究发现:当最终真应变≥2.5时,NbTi合金(420℃×40h三次热处理)的超导转变温度随最终真应变增加而线性下降。针对该实验结果,本文在理论机制上进行了探讨。     

脉冲磁场对NbTi多丝复合超导体稳定性影响的实验研究

为了研究脉冲磁场对NbTi多丝扭绞复合导体稳定性的影响,我们建立了一套实验装置,对超导样品进行了实验。这里介绍了相应的实验结果。     

加工和热处理对NbTi50/Cu复合超导线材临界电流密度的影响

对一种超导材料而言,临界电流密度(J_c)是衡量其制作磁体高性能和经济性的重要标志。自从发现铌钛合金块状样品具有超导性以来,人们一直在力图寻求提高其临界电流密度的方法。由磁钉扎模型推演归结的重要结果和关系为:(1)J_c∝1/H;(2)J_c∝(T_c—T_2)~2;(3)J_c∝Josephson隧道壁的数量/单位长度。这意味着,要获得高的J_c,超导合金既要有高的H_(c_2),又要具有尽可能高的T_c,以及需要有引入起磁钉作用的常导区域(非超导相、位错、品界、杂质等)。对于NbTi50合金,第三项函数关系是极为重要的。根据超导理论,临界电流密度与合金组织中存在的微细磁钉扎常导区域密切相关,而常导区域的大小和分布主要受冷变形和时效热处理的影响。冷变形和时效热处理是NbTi50/Cu复合超导材料的临界电流密度的决定因素。为此,我们对NbTi50/Cu复合超导材料的强烈冷变形,中间时效以及最终变形对其临界电流密度的影响进行了研究,以期获得高的临界电流密度。     

7.22特脉冲NbTi超导磁体的实验研究

本文叙述一个直流中心场7.22特,最高场7.94特,脉冲工作峰值场6.99特,为直流临界磁场的96.6％的脉冲NbTi超导磁体的实验研究。     

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.     

MRI用低铜比NbTi超导线材组织和性能

本文以高均匀性Nb47Ti合金锭和高纯无氧铜为原材料,制备了铜比为1.0,Φ0.846mm的MRI(Magnetic Resonance Imaging)用低铜比NbTi/Cu超导线.研究了最终应变和间隔应变对MRI用NbTi/Cu超导线微观组织和临界电流密度的影响.测试结果表明:时效3次时,最终应变在3.0~4.4之间,随最终应变增大,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;最终应变相同的条件下,增大间隔应变会导致临界电流密度的降低.经过工艺优化后,临界电流密度最高为3208A/mm2(4.2K,5T,判据0.1μV/cm).微观组织观察表明:临界电流密度最高时,α-Ti沉淀相呈褶皱弯曲状,并弥散的分布在β-NbTi基体之上.     

超导电缆用低介损复合绝缘材料性能研究

超导电缆相比于传统电缆具有导体无电阻损耗、传输容量大、可靠性高等优势,但作为其主绝缘的聚丙烯层压纸因具有较高的损耗因数导致超导电缆运行中的介质损耗大,增大冷却系统的负荷。采用具有低损耗因数的聚四氟乙烯滤纸取代聚丙烯层压纸中的牛皮纸层,通过热压法与聚丙烯膜形成具有两侧多孔可浸润液氮的三明治结构复合绝缘,测试结果表明超导电缆中以聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料取代聚丙烯层压纸作为主绝缘,将使介质损耗降低一半以上。同时,由于聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料与高温超导电缆中作为冷却剂的液氮间更小的介电常数差异以及液氮击穿的体积效应,采用具有更小孔径的聚四氟乙烯滤纸制成的低介损复合绝缘具有更强的抗局部放电的能力和更高的交流绝缘击穿强度,可极大提升高温超导电缆的绝缘可靠性。     

青铜法多芯Nb_3Sn(Ti)复合线的超导性能

本文报道了青铜法55×55芯 Nb/Cu-7.4at％Sn-(0.5、0.6)at％Ti复合线的超导性能。导体临界电流密度J_c(青铜十铌)最佳值:Nb/Cu-7.4at％Sn-0.6at％Ti复合线,在4.2K、16T和20T下分别为300A/mm_2和133A/mm_2。Nb/Cu-7.4at％Sn-0.5at％Ti复合线,在4.2K和ZK、20T下分别为119A/mm_2和219A/mm_2。超导转变温度T_c为17.30～17.45K。上临界磁场B_(c2)~*在4.2K和2K下分别为26.0～26.8T和29T。     

NbTi/Bi2223复合超导体制备工艺的研究

采用合适的工艺制备NbTi/Bi2223复合超导体,制备完成后在液氮温度下,对复合带中的高温带Bi2223/Ag进行IC测试,证明这种工艺不会对Bi带造成破坏,工艺可行。在进行IC测试时,需要注意NbTi/Bi2223复合超导体的换流长度,因此计算了NbTi/Bi2223复合超导体在液氮温度下的换流长度。