涂层导体用金属基带研究进展

目前,低成本、高性能的YBa2Cu3O7-x涂层导体制备技术已成为国际实用化高温超导材料的研究重点.由于金属基带的特性(织构、表面粗糙度等)直接决定了阻隔层的特性,进而影响到YBCO层的超导性能.因此,制备高质量的金属基带是涂层导体制备技术的关键核心技术之一.本研究对金属基带的性能、选材、制备技术以及国内外的研究状况给予了较系统的总结和评述,并对其发展和应用前景进行了一些探讨.     

国际热核聚变(ITER)用低温超导线研究进展

国际热核聚变实验反应堆(ITER)是目前伞球最大的国际合作研究项目.该计划将首次建造可实现大规模聚变反应的聚变实验室.研究解决核聚变关键技术难题,是人类实现受控热核聚变研究走向实用化关键的步骤.由低温超导线材绕制的磁体系统是ITER装置的核心部件.我们通过开展Nb3Sn及NbTi超导线批量化制备技术的研究,掌握了纵向场(TF)磁体及极向场(PF)磁体用高性能Nb3Sn及NbTi超导线制备的关键技术.生产出性能达到ITER项目的设计要求的青铜法Nb3Sn超导线和内锡法Nb3Sn超导线,单根长度大于5 000 m,临界电流Ic(4.2 K,12 T)均大于190 A,磁滞损耗小于500 mJ/cm3(4.2 K,±3 T),n值大于25;制备出满足ITER项目要求芯数为2 600根的NbTi超导线,单根长度大于10 000 m,临界电流Ic值达到360 A(4.2 K,5 T),n,值大于30,磁滞损耗值小于45 mJ/cm3.(4.2 K,±3 T)的技术指标.     

织构金属衬底上CSD-SrTiO3薄膜的制备

涂层导体是发展77 K液氮温区强磁场下电力应用的实用化关键材料。由于缓冲层层数增加会导致控制生长、微观组织和界面结构的难度增大,所以简化缓冲层结构对涂层导体制备工艺的简化和成本的降低非常重要。本研究探索了低成本的化学溶液沉积(CSD)技术制备SrTiO_3(STO)缓冲层过程中前驱液热分解行为以及薄膜制备工艺路线对薄膜外延生长的影响,通过选取恰当的前驱液以及引入籽晶层沉积的方法最终获得了具有良好c轴织构且表面光滑的STO薄膜。     

涂层导体用Ni-5at%W合金基带再结晶织构研究

采用粉末冶金和中频感应炉重熔相结合的方法制备Ni-5at%W合金,经旋锻、拉拔和大变形量冷轧为70μm厚合金基带。轧制基带织构呈现典型的铜式织构特征。采用电子背散射衍射技术研究不同退火工艺的再结晶织构。结果发现,经大变形量冷轧后,通过优化两步退火工艺可获得锐利的立方织构;加热速度对冷变形金属的再结晶织构具有很大的影响,慢速加热具有增强立方织构的作用,快速加热则相反。实验结果可为再结晶工艺参数的优化提供依据。     

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)。     

Ti555211钛合金片层组织拉伸过程裂纹扩展的SEM原位观察

利用SEM原位拉伸实验,研究了Ti555211钛合金片层组织的拉伸变形和断裂行为。结果表明:在拉伸载荷作用下,滑移带优先出现在与加载方向大于45°的片层组织上。在裂纹扩展过程中,滑移带的密度均随着载荷的增加逐渐增大,为沿片层和跨片层交叉断裂。原位拉伸试样断口分析表明,韧性断裂是片层组织试样的主要断裂方式。试样断口存在明显剪切唇和大量断裂韧窝。SEM原位拉伸实验分析方法能够对新型Ti555211近β钛合金的变形和断裂行为进行实时跟踪,该方法的研究结果具有科学价值和参考意义。