高场磁体用Nb3Al超导线材研究进展

Nb3Al超导体的超导转变温度(Tc)和上临界磁场(Hc2)与Nb3Sn类似,但具有更好的应力应变容许特性和高场临界电流密度(Jc)。因此,被认为是下一代高场磁体应用的理想材料。目前国际上报道的Nb3Al超导线材单根长度可以达到2.6 km;在4.2 K和15 T条件下,Jc达到1 000 A/mm2;但是由于制备工艺的复杂性,目前仍然无法实现大规模工业化应用。首先阐述了Nb3Al超导材料的基本特性,如Nb/Al扩散间距小、二者硬度匹配性小和低温热处理导致Al含量偏离化学计量比等,以及由此带来的材料加工和热处理方面的难点;系统介绍了近年来针对Nb3Al超导长线性能提升,在前驱体制备工艺、热处理工艺和表面覆Cu工艺方面的研究进展,并对不同的工艺进行了比较分析,重点讨论了线材制备过程中存在的关键性难点问题;最后,对Nb3Al超导材料的发展趋势进行了展望。     

MgB_2块材的制备及磁通钉扎性能研究进展

金属间化合物二硼化镁(MgB2)超导体被认为是目前最有可能首先实现大规模工业应用的超导材料,尤其在制冷机工作温度(15~20K)、较低磁场(1~2T)条件的医疗核磁共振成像仪(MRI)超导磁体方面有着广阔的应用前景。回顾了MgB2超导块材在制备方面的最新研究进展,同时介绍了化学掺杂及磁通钉扎性能的研究进展;综述了前驱粉的选择、热处理条件、晶粒的连接性等一系列因素对MgB2块材性能的影响。     

不同包套石墨烯掺杂MgB_2超导线材的性能

分别采用Fe和Nb作为阻隔层包套材料,通过原位粉末装管法(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB_2/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB_2单芯线材。线材在高纯氩气保护下、670～800℃保温2 h热处理。XRD结果显示,670℃热处理的线材其主相均为MgB_2超导相,其中Fe包套线材中含有Fe_2B杂相。3种线材的微观结构显示,未掺杂线材基体中的孔洞相对较大,而石墨烯掺杂的Fe、Nb包套线材基体中的孔洞相对较小。线材样品的拉伸结果显示,热处理前由于加工硬化,3种线材的拉伸应变值远远低于热处理后的拉伸应变值,其中铁包套线材的硬化最为严重,但无论是否热处理,Fe包套样品的强度都是最大的。样品的四引线法传输性能测试显示,670℃热处理Nb包套掺杂线材的临界电流密度(J_c)在4.2 K,2 T、4 T、6 T范围内均高于Fe包套掺杂线材的J_c,石墨烯掺杂线材(Nb、Fe包套)在2 T具有更好的传输性能,Nb包套掺杂线材的J_c最高可达到4.59×10~5 A/cm~2。当外加磁场大于4 T后,2种包套的掺杂线材的J_c均低于未掺杂的线材,Fe包套样品的超导性能降低更大,显示其掺杂未全部进入晶格,导致其在高场下磁通钉扎作用下降。     

19芯MgB2/NbCu/Monel超导线材的制备及性能研究

为了提高多芯MgB₂超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,实验中采用强度较高的梦乃尔合金(Monel 400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(in situ PIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB₂超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉拔、轧制和中间退火热处理相结合的方法从Φ25 mm加工到Φ1.0 mm。对加工过程不同阶段的多芯复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB₂芯丝分布较为规整,Nb阻隔层表面较为光滑,未出现明显破损现象。最终Φ1.0 mm的多芯线材中MgB₂超导芯丝的平均直径约为100 μm。热处理后MgB₂线材的抗拉强度和屈服强度分别达到396 MPa和200 MPa。MgB₂线材的临界电流密度在4.2 K、4 T时达到1.23×10₅ A.cm_-2。     

Mg/B化学计量比对MgB2超导电性和磁通钉扎性能的影响

采用固相反应法制备一系列的MgxB2（x=0.90,0.95,1.0,1.05,1.10）超导块材,并详细研究不同Mg/B化学计量比对MgB₂超导性能的影响。采用X射线衍射（XRD）仪,扫描电镜（SEM）和超导量子干涉（MPMS）仪分别对样品的物相、微观结构和超导性能进行表征。结果表明:名义组分为Mg_0.95B₂的样品临界电流密度Jc性能最好。由于Mg的不足,抑制了晶粒生长,同时也使得MgB₂内部Mg缺位、△Tc、FWHM、H_c2和H_irr明显增加,显著改善MgB₂的磁通钉扎性能。     

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。