Nb_3Al超导材料及磁体制备技术的研究进展

Nb3Al超导材料在高场下具有非常高的临界电流密度以及优异的应变容许特性,被认为是高场磁体应用的理想材料.但由于Nb3Al超导材料成相反应过程的特殊性导致其制备难度极大,成为目前实用化低温超导材料研究领域的热点和难点.本文对目前国内外Nb3Al超导材料及磁体制备技术的研究进展进行了系统分析,对未来发展的趋势进行了探讨.     

Nb_3Sn CICC导体接头电阻测试

介绍了用于测试大电流Nb3Sn管内电缆导体接头电阻的超导变压器系统。该超导变压器包括初级线圈和次级线圈,其中初级线圈采用Nb Ti超导股线绕制;次级线圈采用Nb3Sn CICC导体绕制。初级线圈和次级线圈均浸泡在液氦中冷却。利用超导变压器对Nb3Sn CICC导体超导接头的测试结果表明,所设计的超导接头电阻满足设计要求。     

套管法Nb_3Al前驱线中Nb/Al界面扩散反应过程

利用套管法制备了Nb-Al七芯前驱体线材,并通过等温热处理的方式分别在700~1500℃对其进行热处理,研究了Nb-Al二元体系在其界面处的反应成相过程.研究发现700℃热处理的样品在其界面处只形成了NbAl3反应层;800~900℃热处理的样品界面处又形成一层Nb:Al≈1:1新反应层;随着热处理温度的增加到1000℃,界面处出现Nb2Al反应层,并随热处理温度的增加Nb2Al反应层的厚度增加;1400℃和1500℃热处理的样品中开始观察到了少量的Nb3Al相,磁性测量表明1400℃和1500℃条件下热处理样品的起始超导转变温度分别为14K和15.8K,说明套管法制备的Nb-Al前驱体线材在1400℃以上热处理可以获得Nb3Al超导相,但由于Nb3Al相中的Al含量偏离理想化学计量比,导致其超导转变温度偏低.     

Nb_3Sn超导电磁铁

本文报导了关于筒形Nb_3Sn磁体的研究结果。观察到磁通跳跃现象。“冻结”场的分布和历史及激发场的分布紧密相关。“冻结”场可以不是中心对称的,这进一步证明了烧结的Nb_3Sn材料是非均匀介质。 我们描述了新的磁体结构,避免了磁通跳跃。除利用铁心来捕获磁通外,在激发和测量磁场的方法上均具有一定的特点。 利用圆筒状Nb_3Sn作为压挤磁通的活塞,在1.5°K时,曾获得的最高场强是28.5KG。     

Nb_3Ge超导薄膜分析

一、引言 Nb_3Ge溅射薄膜是一种较新的超导材料,膜中Nb与Ge的比值对材料的性质有影响.分析Nb、Ge含量有原子吸收法,X-荧光光谱法,电子探针及化学分析法等.文献[3]是在9NHCl中,用CCl_4二次萃取Ge与Nb等分离,以消除Nb对苯芴酮(PF)比色Ge的严重干扰.有机相用稀碱溶液反萃Ge,进行比色测定,水相蒸干后,用PAR-酒石     

Nb_3Sn导体磁化及磁滞损耗特性研究

针对中国聚变工程实验堆中心螺管模型线圈(CFETR CSMC)中用内锡法工艺制备的Nb_3Sn导体的磁化及损耗特性展开研究。采用国际热核聚变实验堆(ITER)标准磁化样品和测量程序,获得4.2K到14K温区下的磁化曲线;利用钉扎定律及优化模型,模拟不同磁场区间内的磁化强度,拟合获得不同温度下钉扎模型参数;对磁化特性的重要参量进行了详细分析和讨论,并探讨了不影响Jc条件下合理减少磁滞损耗的途径。     

青铜法Nb_3Sn超导线材的性能优化研究

采用青铜法工艺制备了Nb_3Sn超导线材,研究了不同的结构设计、中间退火温度、成相热处理制度等对线材性能的影响.实验结果表明,具有相同的青铜/NbTa体积比而芯丝直径不同的线材,芯丝尺寸在合理范围内越小,临界电流密度越高;使用Ta阻隔层的线材的磁滞损耗有大幅下降,但其加工性能较之Nb阻隔层要差;低的退火温度在改善青铜加工硬化的同时减少了Nb_3Sn超导相预反应生成量,线材性能较高.     

富Sn法制备多芯Nb_(3)Sn超导复合线的研究

采用Nb管和富Sn的铜锡合金之间的内扩散法制备了33和55芯的多芯Nb_3 Sn超导复合线.研究了Nb_3Sn反应扩散热处理(600—850℃,1—250hr)和添加元素In对Nb_3Sn反应扩散层的厚度、晶粒大小和超导性能的影响.结果表明:阶梯升温扩散热处理有利于晶粒细化,添加元素In提高了Nb_3Sn反应扩散层平均生长速率与Nb_3Sn晶粒长大速率之比值.55芯Nb_3(SnIn)复合线全电流密度J_c(4.2K,6T)约为7.3×10~4 Acm~(-2)     

柔性Nb_3Sn超导微型电缆

本文报导了一种新型实用Nb~3Sn超导材料。它是含有6根多芯Nb_3Sn复合线(φ0.14mm)和1根中心增强钼丝(φ0.16mm)的7股单层微型电缆(φ0.45mm)。其最佳性能如下:T_c=17.7K;H_(c2)=24.9T(4.2K);16T下的J_c( 青铜+Nb_3Sn+Nb)=260A/mm~2(4.2K);许用弯曲直径为20mm,室温下许用拉伸应力高达392MPa,且能多次复绕,其超导性能不退降。其内径为40mm的试验磁体与12.8T背场组合,中心磁场达到14.52T。它是制作小型高场超导磁体的优良材料。     

利用倾斜角度蒸发法制备Al/Al_2O_3/Al超导隧道结

利用电子束曝光法对双层光刻胶进行曝光来制备悬空掩模结构,在此基础上利用电子束蒸发系统采用倾斜角度蒸发法制备铝超导薄膜,采用热氧化法在底层铝膜表面形成氧化铝作为势垒层,制备出铝SIS超导隧道结,并在360mK的情况下对铝结进行了Ⅰ～Ⅴ特性的初步测量.铝隧道结的成功制备为下一步构建超导量子比特器件,研究其量子特性奠定了良好的基础.     

机械合金化法制备Nb_3Al_(1-x)Si_x

采用机械合金化法制备了一系列的Nb_3Al_(1-x)Si_x(x=0~0.2)多晶样品,利用高能球磨机获得Nb(Al,Si)固溶体,然后在900℃的温度下烧结将固溶体转变为超导相.XRD测试结果表明,经3小时高能球磨后Al和Si固溶到Nb中形成Nb(Al,Si)固溶体,烧结后的样品具有较好的单相性,为A15型晶体结构,并且晶格随掺杂量的增加逐渐减小.磁性测量结果表明,纯样Nb3Al的Tc约为14K,随掺Si量的增加Tc逐渐减小.结合EDX分析,所有Nb_3Al_(1-x)Si_x样品的超导电性来源于A15相,但由于随掺杂量的增加样品中Al的含量逐渐减少导致了Tc逐渐减小.     

青铜基体配置对多芯Nb_3Sn导体的影响

采用青铜工艺制备了具有不同青铜基体配置的两种多芯Nb_3Sn复合线,一种复合线具有均匀的青铜配置;另一种是不均匀的,并且,和国内外大多数复合线一样,在其外部有一个厚的青铜壳。研究结果表明,复合线中的青铜配置对芯丝的均匀反应、Nb_3Sn晶粒形貌以及青铜基体中的锡源变化具有明显的影响。所有这些使得两种导体的临界电流密度出现明显的差别。对于青铜基体均匀配置的导体,J_(c芯)(Nb_3Sn + Nb)比非均匀配置的导体高20—50％,     

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。     

大面积扩散Nb_3Sn超导薄膜TEM样品的制备及TEM观察

用背面防护漂浮减薄法制备了扩散Nb_3Sn超导薄膜的大面积(平方毫米量级)IEM样品。给出了用TEM-200cx电子显微镜观察的典型电子显微象。结果表明,这种新颖的制样方法对于大面积检视和高分辨率的细致研究都是适用的。它将有助于揭示超导材料中的微观机制。     

Mg含量及包套厚度对套管法Nb_3Al前驱线机械性能影响

制备具有优良机械性能Nb3Al前驱线是得到Nb3Al超导长线,继而制备实用化高场磁体的基础.本文选用Mg的含量分别为1.08wt.%和4.48wt.%的两种Al合金棒作为Al芯,不同壁厚的Cu管作为包套,利用套管法分别制备了两组不同芯丝数的Nb3Al前驱线.通过观察和测量两组前驱线芯丝形状和硬度的变化,以及对前驱线拉伸曲线和拉伸后断口形貌的分析,研究了影响前驱线机械性能的因素,提出了改善芯丝加工性能的方案.结果表明:Mg含量和Cu包套的壁厚对前驱线的机械性能有很大的影响,选择合适的Al合金棒以及包套,可以得到芯丝均匀,具备良好机械性能的Nb3Al前驱线,49芯前驱线经过扩散热处理后得到了15.7K的超导转变起始温度.     

磁控溅射多层沉积Nb_3Sn超导薄膜

Nb3Sn金属合金是一种性能优良的超导材料。磁控溅射多层沉积是用两个溅射源分层沉积铌和锡,再经过高温退火后获得超导薄膜的方法。用这种方法所获得的超导薄膜的原子组分的调整比较方便,对于Nb3Sn的研究较为有利。实验测量了样品的超导参数和晶格参数,其超导临界温度(Tc)可达17 K,剩余电阻率(RRR)为5左右。需要进一步研究相关工艺,以便提高RRR,从而使这种方法在超导加速腔的制造中得到应用。     

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.     

超离子导体

一、引言普通的离子晶体,例如岩盐,在窒温下的电导率为１０－１５（Ω·ｃ）－１．另一方面,存在一系列的所谓超离子导体（ｓｕｐｅｒｉｏｎｉｃｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）,或称快离子导体（ｆａｓｔｉｏｎｉｃｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）。其离子电导率。可达１（Ω·ｃｍ）－１,与液体电解质相近．在这类超离子导体中,电子电导率只为离子电导率的１０－５。在图１所列出的材料中,除ＡｇＢｒ与ＡｒＣｌ为“正常”的离子导体外．其?...