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.     

Nb芯增强千米级7芯MgB_2超导线材的机械性能及超导性能研究

以非铁磁性的Nb作为中心增强体和阻隔层材料,无氧铜作为稳定体包套材料,采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备了千米量级6+1芯导体结构的MgB2/Nb/Cu超导线带材,由于Nb/Cu包套材料具有良好的塑形加工性能,整个加工过程中未进行中间退火热处理,复合多芯线材最终加工到Φ1.4mm;在真空热处理炉中680℃保温2小时进行成相热处理;对烧结后的线材进行了超导电性、纵向电流分布均匀性及弯曲及拉伸力学性能等分析检测。线材的工程临界电流密度在20K,1T磁场条件下达到2.5×104A/cm2,表明该工艺能够制备实用化高性能的MgB2线带材。     

千米量级多芯MgB2/Nb/Cu超导线材的制备及性能研究

以无磁性的Nb作为中心增强体和阻隔层材料,无氧铜作为稳定体包套材料,采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备了千米量级7芯导体结构的MgB2/Nb/Cu超导线带材,由于Nb/Cu包套材料具有良好的塑形加工性能,整个加工过程中未进行中间退火热处理,复合多芯线材最终加工到Φ1.4mm;在真空热处理炉中680℃保温2小时进行成相热处理;对烧结后的线材进行了微观结构、超导电性、纵向电流分布均匀性及常温力学性能等分析检测.线带材的工程临界电流密度在20K,1T磁场条件下达到2.5×104 A/cm2.结果表明该工艺能够制备实用化高性能的MgB2线带材.     

热处理工艺对MgB_2超导薄膜制备和表面形貌的影响

MgB_2作为一种独特而重要的高温超导材料(HTS),具备超导转变温度高,相干长度大,临界电流和临界磁场高等优势,具有在超导电子学领域大规模应用的潜力。基于MgB_2超导薄膜的超导器件的制备是该材料能否走向大规模应用的关键。在MgB_2超导薄膜的CVD法制备过程中,通过优化退火工艺的温度参数,使得MgB_2超导薄膜在单晶基片上的附着和稳定性增强。加入回火处理工艺,提高了薄膜表面的平整度,为MgB_2超导薄膜从材料走向器件创造了条件。     

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。     

磁控溅射法结合异位退火制备MgB_2超导薄膜的研究

采用磁控溅射法,结合真空异位退火,成功制备MgB_2超导薄膜,探索了退火温度、退火时间、磁控溅射功率和溅射气压对MgB_2薄膜超导特性的影响。通过XRD、SEM和PPMS测量的结果来分析退火及溅射的工艺参数对MgB_2超导薄膜的晶体结构、表面形貌及超导性能的影响。研究表明,退火温度为670℃,退火时间为2h,MgB_2靶溅射功率控制在300W,Ar溅射气压保持为2Pa,MgB_2薄膜表现出最优的超导特性,其临界电流密度Jc为1.8×105A/cm2。     

聚酰亚胺在MgB2约瑟夫森结制备中的应用

MgB_2超导材料由于其优异的超导性能和电学参数,是制作超导集成电路的理想材料之一。制备基于MgB_2超导薄膜的高质量约瑟夫森结是超导电子学应用的关键。以聚酰亚胺(PI)为抗蚀层,在MgB_2超导薄膜上实现微米量级的图形线条制作,以此工艺为基础,结合MgB_2超导薄膜的气相化学沉积和晶型B介质层沉积方法,制作了基于MgB_2超导材料的约瑟夫森纵向结阵列,并测试了相应结的约瑟夫森效应。     

热处理工艺对先位法 MgB2带材临界电流密度性能的影响

本文采用先位粉末装管法(ex-situ PIT)制备了12芯Ni基MgB_2超导带材,并研究了三种不同的热处理工艺对带材可加工性能、MgB_2-Ni反应层相成分、芯丝微观结构及输运临界电流性能的影响.研究表明:通过采用适当的热处理和加工工艺,可以有效改善超导带材的可加工性能,调控MgB_2芯丝与Ni基体的反应层厚度,从而获得各组元变形均匀、晶体连接性优良的带材.采用最佳的工艺获得的带材在4.2K、2T下临界电流(Ic)达到212A,临界电流密度为(Jc)为8.8×104 A·cm~(-2).     

MF Nb/Cu挤压管法制备MF Nb_3Sn化合物超导线材工艺的实用性

曾报道过研究“MF Nb/Cu挤压复合管富Sn中心扩散法制备 MF Nb_3Sn超导线材工艺”的初步结果:1)线材容易加工;2)在4—6 T场强下,短样的有效临界电流密度高。美国IGC的Schwall等人用同样的方法制备 MF Nb_3Sn超导线材(作者称“Sn芯法”);日本三菱公司的 Yoshizaki等人先制成 MF Nb/Cu挤压复合棒,然后在棒的中心沿轴向钻孔,获得MF Nb/Cu复合管,用以制备MF Nb_3Sn超导线材(作者称“内Sn扩散法”)。     

包套材料尺寸对MgB2超导线材性能的影响

采用原位粉末套管法(in-situ PIT)制备了MgB2/Fe线材.前驱粉末按照Mg:B=1.1:2的比例将Mg粉和B粉混合研磨,装入外径和内径分别为14×8mm、10×7mm和6×4mm的低碳钢管中,均拉拔至Φ1.18mm,然后800℃保温10min.通过扫描电子显微镜(SEM)和综合物性测试系统(PPMS)分析了样品的微观结构和超导电性.结果表明,MgB2超导线材粉芯填充因子主要由原始包套材料尺寸所决定,且在线材减径过程中变化微弱;微观结构显示,随着包套材料外径增加,芯部孔隙率减小,有效导电面积增加;同时,包套材料尺寸对线材临界电流也有影响,原始外径增大可提高临界电流密度.