热处理制度对MRI用低铜比NbTi超导线材临界电流密度的影响

以高均匀性Nb47Ti合金锭和高纯无氧铜为原材料,制备了低铜比(1.3)的MRI(Magnetic Resonance Imaging)用NbTi/Cu超导线。研究了时效次数、时效时间和Nb47Ti棒材对NbTi/Cu超导线临界电流密度的影响。测试结果表明:时效次数(3次)相同时,时效时间从120 h延长到200h,临界电流密度基本无变化。时效4次后的临界电流密度较时效3次后大约提高234 A/mm2(4.2 K,5 T),而时效4次和5次后的临界电流密度基本相同。经工艺优化后,时效次数为4次或5次时临界电流密度最高,为3158~3161A/mm2(4.2 K,5 T,判据0.1μV/cm)。     

高临界电流密度NbTiTa/Cu超导线材

将Nb片、Ti片、Ta片在Cu包套中按照周期的次序…TiTaNbTaTi…排列,然后通过真空焊封、热等静压、热挤压制成61芯NbTiTa/Cu复合体,对复合体在700、600、500℃进行扩散热处理,最后进行减径加工得到φ0.2 mm的NbTiTa/Cu超导线材.在500℃扩散处理后,61芯NbTiTa/Cu超导线材在4.2K的临界电流密度(磁场强度)为5290.29 A/mm2(3T),3782.14 A/mm2(4T),2865.8 A/mm2(5T),1882.65A/mm2(6T),达到国外传统工艺NbTiTa/Cu超导线材临界电流密度的较高水平.在600℃扩散处理的NbTiTa/Cu超导线材的临界电流密度很低,主要是由于扩散温度高,芯丝的成分趋于均匀,从而缺乏α-Ti磁通钉扎中心所致.     

ITER用NbTi超导线材微观组织及性能

本研究以国际热核聚变反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)磁体极向场用NbTi超导线材的性能优化为目的,通过TEM研究热处理工艺对NbTi超导线材微观组织及4.2 K温度下临界电流的影响.结果表明,具有高Jc值的NbTi在4.2 K条件下析出具有典型形貌的α-Ti钉扎中心,即弥散分布于β-NbTi基体上,高度褶皱及卷曲.较高温度的热处理有利于4.2 K下Jc的提高,但增加热处理次数使Jc值略微降低.     

轧制与拉伸对NbTiTa/Cu多芯复合线超导性能的影响

利用Nb47Ti和Ta片作为原料,经过3次挤压并结合拉伸和轧制2种不同工艺,通过时效热处理制备出了NbTiTa/Cu超导线材.通过标准四引线法测量了2种线材在4.2 K下的超导性能.结果表明,采用拉伸法制备的NbTiTa线材具有更高的临界电流密度,φ1.0 mm的超导线材Jc在4.2 K、8 T下,超导性能达到791 A/mm2.通过对线材的微观组织观察表明:在相同条件下,采用拉伸后的试样芯径大小均匀、铜比均匀、芯丝排列整齐且间距相等.     

芯丝中Ta分布对NbTiTa超导线材性能的影响

用Nb47Ti片和Ta片制备NbTiTa/Cu超导线材,在三次热挤压和热处理后NbTiTa超导线材的芯丝中Ta成豆状和条带状,Ta和Nb47Ti间的互扩散很小。在NbTiTa超导芯丝中α-Ti钉扎中心成条带状,厚度为5～10nm,间距为20～50nm,讨论了α-Ti钉扎中心的尺寸和间距对磁通钉扎效果的影响。结果表明,当温度降到3.0K时NbTiTa/Cu超导线材在高场中的临界电流密度反映出Ta在芯丝中作为非超导相依然能够起到提高线材的上临界场和高场中临界电流密度的作用。不同直径的NbTiTa/Cu超导线材的临界电流密度表明,较大的最终附加应变对临界电流密度的提高具有重要意义,如果进一步减小线材的直径,线材的临界电流密度可以继续提高。     

Nb—Ti及其合金的上临界磁场和高场临界电流密度的进一步研究

本报告叙述的工作是研究通过加入合金元素来提高Nb—Ti上临界磁场的可能性,该研究属于12T磁体计划的内容。以前,我们曾发表过这方面初期工作的报道。在本文的第一部分将报道Nb—Ti—Ta和Nb—Ti—Hf系合金之Hc_2的进一步测量结果。尽管发现这些合金的μ_oHc_2(4.2k)比二元合金NbTi仅高～0.3T,即提高很少;然而,在很宽的Nb—Ti—Ta合金成份范围内,2k下的μ_oHc_2(2k)超过15T,其最大值达15.5T,这意味着比未合金化的Nb—Ti提高1.3T。相比之下,Nb—Ti—Hf系合金的μ_oHc_2(2k)只提高了～0.3T。Hc_2提高及含Ta与含Hf合金性能不同的原因将在下面扼要地讨论。在本文的第二部分,将讨论四种商品Nb—Ti复合线的高场临界电流密度曲线的共同特点,并根据它来估计使用Nb—Ti—Ta及其合金后能提高高场Jc。     

Nb／Ti扩散研究

研究了Nb／Ti扩散的特性和机理以及经过相同时间、不同温度时效热处理的Nb／Ti扩散偶样品中NbTi合金层的厚度、保温结束后淬火与炉冷的扩散偶样品中NbTi合金层微观结构的区别，讨论了它们对NbTi超导体微观结构和性能的影响。研究表明通过选择合适的扩散制度能获得理想的微观结构和制备出高性能的NbTi超导线材。     

高临界电流密度、低损耗Cu5Ni基NbTi线材制备技术研究

重离子装置中的加速器磁体均服役在±2.25T/s的高速脉冲条件下,因此要求该种磁体所用的超导线材具有较高的临界电流和较低的损耗。针对项目需求,本文设计及制备了两种新型结构的NbTi/Cu5Ni超导线材,芯数分别为12960芯和10800芯、铜比2.0、芯丝直径均小于5 μm。系统研究了两种新型结构超导线的芯丝截面形貌、芯丝表面形貌、磁滞损耗及不同时效热处理下的临界电流密度和n值。通过优化工艺后获得了Jc(5 T、4.2 K)为2902 A/mm_²,Qh(4.2 K,± 3T)为34.2 mJ/cm_³ 的千米级NbTi/Cu5Ni超导长线,并可实现批量化生产,为重离子装置的研制提供材料基础。     

新型时效热处理工艺对多芯NbTi超导线材微观组织和临界电流密度的影响

本文以高均匀性Nb47Ti合金棒和高纯无氧铜为原材料,制备了铜比1.3,630芯的NbTi/Cu超导线。提出了一种新型时效热处理工艺“短时预时效热处理+高温长时间时效热处理”,即“405℃/3h + 405℃/3h + 420℃/20h + 420℃/40h + 420℃/80h”工艺,该工艺可显著提高NbTi超导线材的临界电流密度,较普通热处理艺线材提高近17.5%,最高可以达到3208A/mm2。足够的预时效次数（2次）才能使基体中析出足够多的α形核数量,进而才能在较大的最终应变下显著提高临界电流密度。此外,在4.64,5.35,6.25三种预应变条件之下,临界电流密度达到峰值的最终应变都集中在5.0~5.2之间,即,必须将最终应变控制在5.0~5.2。该新型工艺已经应用于大批量生产中,线材各种性能稳定,得到客户的一致认可。     

Bi-2212/Ag带材的制备与性能

研究了名义化学成分为Bi2.10Sr1.96Ca1.0Cu2.00Ox的Bi-2212/Ag超导带材的制备和性能,采用X射线衍射技术和扫描电镜技术分析了Bi-2212相的合成过程和Bi-2212/Ag超导带材中超导体的微观组织形貌,在4.2～30K温度范围内测量了Bi-2212/Ag超导带材样品的临界电流密度(Jc),应用背景场的磁场(B)最高达到7T。结果表明,Bi2.10Sr1.96Ca1.0Cu2.00Ox的粉末在空气中多次烧结后,2212相生成量可以达到91.6%;Bi-2212/Ag超导带材中晶粒间有良好的连接性,但微观组织中仍存在大量的缩孔。在磁场高于5T和温度低于20K时,Jc随应用磁场和操作温度升高而缓慢下降,而当磁场小于5T和温度超过20K时,Jc快速下降。通过熔化-慢冷工艺得到的Bi-2212/Ag带材其临界电流密度Jc可达到320A/mm2(4.2K,7T)。     

First-principles Study on Structure and Hardness of the RuB2

采用原位法粉末装管工艺( in-situ PIT)制备了无定形碳掺杂MgB2/Nb/Cu超导线材并研究了该掺杂对MgB2微观结构及超导电性的影响.复合线材中以Nb作为阻隔层、Cu作为稳定体并采用冷拉拔工艺进行加工.研究了无定形碳掺杂对MgB2相形成、微观结构及超导电性的影响,其中掺杂量分别为MgB2-xCx(x=0.0,0.05,0.08,0.10,0.15).分别采用XRD、SQUID、SEM/EDS及传输电流测试等方法对MgB2/Nb/Cu线材进行分析测试.XRD分析结果显示,700℃热处理后的线材可以获得纯度较高的MgB2超导相;微观结果照片显示无定形碳掺杂后可以获得良好的晶粒连接性;能谱分析表明掺杂物C元素均匀的分布在MgB2基体中;通过四引线法测试了传输临界电流密度Jc,在4.2 K、5T,其Jc值高达1.4×105 A/cm2;在4.2K、10T,其Jc值为3.3×104A/cm2.     

Superconducting Properties of Ti3SiC2-Doped Bulk MgB2 Superconductor

研究了Ti3SiC2掺杂对MgB2的晶格参数(a)、微观结构、超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)的影响。随着Ti3SiC2掺杂量的增加,晶格参数a逐渐变小,表明了C进入晶格代替B位的发生。随着掺杂量的增加,超导转变温度Tc从37.15K降低到36.55K。利用Bean模型通过M-H磁滞回线计算了样品的Jc值。结果表明,在低场区域,未掺杂样品的Jc值高于Ti3SiC2掺杂样品的Jc值。然而随着磁场的进一步增大,适量掺杂的样品Jc值得到提高。     

混合粉末对先位法MgB_2超导带材性能的影响

将掺杂纳米C或SiC的预烧结粉与镁粉和硼粉进行混合作为先位(ex-situ)粉末套管法(Powder-In-Tube)的填充粉末,制备出MgB2/Fe超导带材。结果表明,掺杂纳米C或SiC样品的临界转变温度均比未掺杂样品的低1.5K左右。纳米C或SiC样品的临界电流密度(Jc)均得到了极大的提高。且在4.2K,8T下,掺杂纳米C样品的Jc最高,约为104A/cm2,比未掺杂样品以及采用商业MgB2制备样品的Jc高约1个数量级。在预烧结过程中纳米C或SiC中的C对B位的有效替代所产生的晶格畸变以及晶粒连接性的提高可能是掺杂样品的Jc提高的主要原因。     

Ti5Nb人工钉扎NbTi多芯超导体的磁通钉扎特征

采用棒基组合的装配方法、多次热挤压和冷加工相结合的工艺，制备了2种以Ti5Nb(a-Ti)作为人工钉扎中心(APC)的NbTi超导多芯线。研究了Ti5Nb APC NbTi多芯超导体的磁通钉扎力曲线特征。讨论了人工钉扎中心尺寸的大小dp对磁通钉扎力的影响。分析了Ti5Nb APC与Nb APC NbTi多芯超导体的磁通钉扎力曲线特征不同的原因。结果表明：随着线径的逐渐减小或Ti5Nb尺寸的减小，其钉扎力峰值逐渐增加，并且向更高的磁场移动。与NbAPC相比，Ti5Nb APC NbTi超导多芯线Fpmax峰值出现在更高的磁场下。     

TiC掺杂12芯MgB2线材微观结构以及超导电性

采用 PIT工艺,以分步法粉末为装管前驱粉,选用中心铜铌复合棒增强的导体结构制备了TiC掺杂MgB2多芯线材,研究了不同热处理温度对于粉末相组成、线材的微观结构以及超导电性的影响,结果表明分步法粉末能够有效提高C原子的取代水平,同时芯丝中MgB2晶粒尺寸达到亚微米级,MgB2晶粒连结性较好,制备多芯线材在4.2 K,5 T时,其Jc仍高达3×104 A/cm2。     

连续工艺制备的MgB2超导线的传输电流特性

美国高新技术研究所(HTR)采用连续装管成型(CTFF)粉末装管技术(PIT)制备了MgB2/Fe复合线。目前已制备出直径为1.2mm的先驱线(包Fe的Mg+B混合粉),长度达70m。在800℃～950℃处理3min～30min的短样品,传输临界电流密度(Jc)在4K/4T下达到(2～3)×104A/cm2,在4K/2T下达到4×104A/cm2,在4K自场下外推的Jc最少达到2×105A/cm2。用磁测量方法得到的Jc与外推得到的传输临界电流值差不多。     

7芯复合包套Ba1-xKxFe2As2线带材的显微结构与超导性能研究

传统Ag包套与铁基超导材料具有良好的化学相容性以及塑性加工特性,但是其机械强度低;而采用复合包套来制备高强度Ba1-xKxFe2As2铁基多芯线带材是一种直接高效且成本低廉的方法。本研究选取高强度高延展性的Ag/Nb/Cu三层复合包套,从线带材包套尺寸、冷加工工艺和中间退火等方面进行优化,获得了结构稳定且易于加工的Ba1-xKxFe2As2多芯线带材。Ag/Nb/Cu复合包套Ba1-xKxFe2As2线带材的多芯孔型完整并且分布均匀,超导填充因子约为25.3-28.0%,并且具有较好的力学性能。Ba1-xKxFe2As2多芯带材的转变Tc为37.5 K,M-H曲线表明样品具有较强的内在磁通钉扎能力。在4.2 K和2 T下其传输Jc约为1.0×104 A/cm2,在10 T时传输Jc仍然保持为8.7×103 A/cm2。     

改进型镁扩散法制备高临界电流密度MgB2超导体性能研究

本文采用一种改进型镁扩散法成功制备出密度达到1.95g/cm₃的MgB₂超导块材。论文研究了不同的热处理条件对MgB₂块材的超导转变温度(T_c)和临界电流密度(J_c)性能的影响。采用最佳热处理条件制备的MgB₂超导体T_c和J_c分别达到了38.1K和0.53MA/cm₂(10K,自场)。为了改进镁扩散法MgB₂超导体中弱的高场磁通钉扎性能,本文还研究了nano-Pr₆O₁₁和C掺杂对MgB₂超导体的临界电流密度和不可逆场(H_irr)的影响。结果表明C掺杂的MgB₂超导体临界电流密度在10K,6T下达到了10₄A/cm₂,该结果比未掺杂MgB₂超导体在同样条件下性能提高了两个量级,甚至比固态反应法制备的nano-C掺杂MgB₂超导体性能更好。利用该方法制备的nano-Pr₆O₁₁掺杂的MgB₂超导体在10K,2T下也比未掺杂样品J_c提高达9.4倍。根据大量的实验结果和理论分析我们提出基于改进型镁扩散法和化学掺杂,包括纳米粒子和C掺杂,很有可能是一种制备高性能MgB₂超导体非常有效的途径。     

Effects of C10H8 Doping on Microstructure and Superconductivity of MgB2 Wires

采用原位粉末装管技术(in-situ PIT)制备了萘(C10H8)掺杂MgB2/Nb/Cu线材。前驱粉末按照MgB2+xwt% (x=0,2,5,8)的比例将Mg粉、B粉和C10H8粉末混合研磨,装入Cu/Nb复合管中,分别拉拔加工至Φ2.0 mm和Φ1.0 mm,然后Ar气氛中分别在650,700,750 ℃热处理,保温2.5 h。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等测试手段分析了样品的相结构和微观结构等。结果发现,样品超导转变温度Tc不随萘掺杂量的变化而变化,但正常态电阻有所降低。在20和25 K无外磁场时,x=8样品的临界电流密度分别达到1.1×105和3.8×104 A/cm2,而x=5样品也达到3.1×104 和 1.2×104 A/cm2。