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。     

“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.     

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.     

高铜超比NbTi复合超导线稳定性能的实验研究

本文介绍了一种铜超比为10的多丝铌钛超导带在磁场为7T至10T之间的稳定行为,对这种超导带在4.2K液氦冷却条件下的抗热干扰的稳定性能进行了一系列的实验.实验得出:这种超导带由于铜超比较大,因此有比较宽的电流分配区域,从而在暂态过电流的情况下,将给磁体提供较大的安全储备.文中还介绍了二类不同敷铜方式的超导复合带的实验结果,实验证明采用不同方式敷铜并不明显影响超导带的性能.     

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.     

NbTi/Cu超导线最佳临界电流密度的研究

本文全面地研究了在冷加工和热处理多次交替进行中时效温度、时效时间、时效次数、次数分配、最后一次时效后最终冷变形量等对NbTi/Cu多芯复合线J_c的影响.以上各因素的适当地调整和匹配是获得最佳J_c的关键.选用适宜的各种因素的试验结果得到了最佳J_c=4.0×10~5A/cm~2(4.2K,5T).小批量试制的线材的J_c为2.5—3.0×10~5A/cm~2(4.2K、5T).     

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.     

扫描电镜观察NbTi/Cu超导体的显微组织

优异临界电流密度NbTi/Cu超导体的典型SEM显微结构呈现出很细微、清晰的亚带与均匀分布的片状沉淀相。多次热处理工艺技术可以获得以上的典型显微结构特性的材料。显然,具有制样简便、视场宽阔、连续放大等优点的扫描电镜观察方法可控制工业生产中NbTi/Cu超导体的质量。     

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。     

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。     

YGdBCO/YBCO+BaHfO3 复合超导层的制备

采用脉冲激光沉积和化学溶液沉积相结合制备超导薄膜. 在物理法制备的 YGdBCO 薄膜上实现化学法YBCO+BHO 的同质外延生长. 利用 X 射线衍射和扫描电镜对复合薄膜的相组成、 织构和形貌进行了表征. 结果表明, 采用化学溶液沉积可以在 YGdBCO 层上制备出高性能的 YBCO+BHO 薄膜. 复合薄膜具有良好表面形貌和锐利织构, 而且复合薄膜在77 K、1 T 的磁场下J c 为0.3 MA/cm2 , 最大钉扎力达到3 GN/m3 .     

GMI/超导复合磁强计的超导磁通变换器设计和研究

介绍了一种基于高温超导薄膜材料的具有微弱磁场放大能力的超导磁通变换器。该磁通变换器是本课题组提出的超高精度GMI/超导复合磁强计的核心部件。其基本结构是一个带有轭形微桥结构的闭合超导环,超导环的微桥部分只有几十微米宽,此种高质量的微桥结构是通过半导体光刻精密微加工技术获得的。其较大的超导环面积可以增大磁通汇集区域,提高磁场分辨率;狭窄的微桥结构形成磁场增强的区域,是低场磁敏感器件的工作区域。对此种超导磁通变换器的磁通放大能力进行了分析,并通过仿真对不同尺寸的超导环磁场放大倍数进行了计算。理论计算的结果在磁光成像实验中获得了初步的验证,为复合传感器的实现和优化设计奠定了技术基础。     

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。     

PMP/Cu泡沫材料中Cu颗粒的三维分布

为观测和分析铜掺杂聚-4-甲基-1-戊烯(PMP/Cu)低密度泡沫材料中铜颗粒的三维空间分布,采用高分辨X射线断层扫描技术,扫描PMP/Cu泡沫材料样品,对铜颗粒在聚合物泡沫中的分布进行了成像分析。经过图像处理和三维重构,获得铜颗粒在PMP聚合物泡沫中的三维立体分布图。结果分析显示:铜纳米粒子在PMP泡沫中存在团聚现象;不同尺寸的团聚物形态呈现出明显的多样化特征,小颗粒团聚物趋于球形,大颗粒团聚物趋于不规则的短木棒状,与在电子显微镜下直接观测到的结果一致。研究表明,该技术可以在不破坏样品的前提下,实现对有机聚合物泡沫材料中掺杂金属颗粒空间分布情况的直接观测。     

PMP/Cu泡沫材料中Cu颗粒的三维分布

为观测和分析铜掺杂聚-4-甲基-1-戊烯（PMP/Cu）低密度泡沫材料中铜颗粒的三维空间分布,采用高分辨X射线断层扫描技术,扫描PMP/Cu泡沫材料样品,对铜颗粒在聚合物泡沫中的分布进行了成像分析。经过图像处理和三维重构,获得铜颗粒在PMP聚合物泡沫中的三维立体分布图。结果分析显示：铜纳米粒子在PMP泡沫中存在团聚现象;不同尺寸的团聚物形态呈现出明显的多样化特征,小颗粒团聚物趋于球形,大颗粒团聚物趋于不规则的短木棒状,与在电子显微镜下直接观测到的结果一致。研究表明,该技术可以在不破坏样品的前提下,实现对有机聚合物泡沫材料中掺杂金属颗粒空间分布情况的直接观测。     

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。     

Nb/Nb_3Sn复合超导材料的高压电子显微镜观察

用1000kV高压电子显微镜观察了单芯和多芯Nb/Nb_3Sn复合材料的显微组织,看到了由Nb_3Sn/Nb_3Sn晶粒重叠而成的叠栅图和Nb基体/Nb_3Sn晶粒重叠而成的叠栅图。     

Nb/Nb3Sn复合超导材料的高压电子显微镜观察

用1000kV高压电子显微镜观察了单芯和多芯Nb/Nb₃Sn复合材料的显微组织,看到了由Nb₃Sn/Nb₃Sn晶粒重叠而成的叠栅图和Nb基体/Nb₃Sn晶粒重叠而成的叠栅图。 关键词：     

原位法Cu-Nb_3Sn复合超导材料的研究

原位法Cu-Nb_3Sn复合超导体的高场载流性能和抗形变能力均优于青铜法CuNb_3Sn复合超导体,原位法比青铜法的工艺简单,可望成为大型高场超导磁体使用的新型超导材料. 本文报道:1.电弧炉熔炼样品在金相结构和超导性能方面优于氧化铝坩埚中频炉熔炼样品.2.观察到原位法內扩散样品在Sn-8 w/o Cu芯子边缘出现Kirkendall空洞.     

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