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.     

Cu-18vol％Nb微观复合材料的热稳定性研究

通过高脉冲磁场的捆扎和拉伸工艺制备了具有高强度和高导电性的Cu-18vol.％Nb微复合材料（873*873*873）。 我们报告了我们对多丝Cu-Nb微复合材料的微观结构，强度和磁性的演变的研究。 结果表明，在高达830℃的温度下退火过程中，Nb的（110）衍射峰的强度变得更尖锐和更高。 观察到铌丝的显着球化和粗化现象。 讨论了微观结构变化对Cu-Nb微复合材料力学性能和磁性能的影响。     

助焊剂和镶嵌温度对嵌入式NbTi超导线材表面及性能的影响

嵌入式NbTi超导线是将小铜超比的NbTi/Cu超导线材经过去油和助焊后,在高温锡液中嵌入U型铜槽中,从而获得大铜超比的NbTi/Cu超导线材。研究了超声波去油温度和乳化剂浓度对对超声波清洗后U型铜槽线表面质量的影响。研究表明,温度为50℃、乳化剂浓度为5%的去油溶液可有效去除U型铜槽线表面的油污和灰尘；进一步研究了不同浓度的前处理助焊剂“氯化亚锡+硝酸+异丙醇”对助焊后U型铜槽线表面状态的影响。研究表明,硝酸助焊后,表面粗糙度很差；氯化亚锡助焊后铜槽线表面粗糙度极低,无法进行热镀锡；而“300g/L氯化亚锡+15%硝酸+3%异丙醇”助焊清洗工艺配方的助焊效果最好。在优化出去油和助焊清洗工艺参数基础之上,采用不同锡液温度(360~500)℃进行镶嵌实验,并采用目测和扫描电镜来表征镶嵌线材表面质量。实验结果表明,锡液温度过低,线材表面镀锡不均匀,呈淡红色；锡液温度过高,线材表面易产生锡瘤；当锡液温度范围为(400~440)℃时,线材表面质量较好,无锡瘤、黑点、毛刺、露铜等表面缺陷,同时可以满足线材结合力和剩余电阻比的性能要求。     

Nb3 Sn超导线材室温拉伸试验方法

利用Zwick Z020型电子万能材料试验机和Zwick Laserxters 1000762型光学引伸计测试了Nb3Sn超导线材的力学性能,研究并制定了一套高精度、高稳定性的室温拉伸试验方法。为了验证该方法的可行性及稳定性,对其进行了多组数据测试,并计算了各性能的平均值X、标准方差s、相对标准偏差COV、相对标准不确定度URSU(N)。结果表明:该方法测试出的Nb_3Sn超导线材力学性能的精确度及稳定性均很高,该试验方法可为高场磁体及加速器磁体的顺利研制提供有效保证。     

喷雾热分解制备Bi-2212前驱粉末的相演变和超导性能

采用喷雾热分解技术制备高温超导Bi₂Sr₂CaCu₂O_x（Bi-2212）前驱粉末,并研究了粉末热处理过程中的相演变过程及线材的超导性能。结果表明,喷雾热分解制备的粉末平均粒度为3.03 μm,颗粒为球状并呈弥散分布。粉末在热处理过程中的相演变包含4个过程：粉末在527 ℃下主要进行硝酸盐的分解和组元之间的初步反应;由于喷雾粉末具有很高的活性,在588 ℃时生成Bi₂Sr₂CuO_x（Bi-2201）相;喷雾粉末在780 ℃发生Bi-2212相的成相反应;在834 ℃时粉末完全融化。Bi-2212/Ag超导线材的热处理温度窗口很窄,最高热处理温度T_max变化±2 ℃时,临界电流I_c的降幅达到了31 A。Bi-2212/Ag超导线材的最佳T_max为885 ℃,在该温度条件下制得的线材临界电流I_c（4.2 K, 0 T）达到最高值,约为486 A。前驱粉末的热处理气氛为氧气时,线材的临界电流可以进一步提高到712 A。     

不同包套石墨烯掺杂MgB2线材的超导性能研究

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工艺(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB₂/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB₂单芯线材。在高纯氩气保护下、670~800 ℃保温2 h热处理线材。X-ray衍射显示,670 ℃热处理的线材主相均为MgB₂超导相,其中Fe包套线材的MgB₂相中含有Fe₂B杂相。三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包套线材晶粒之间的孔洞相对较小。线材样品的拉伸性能结果显示,热处理前由于加工硬化,三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。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4.5×10₅A/cm₂。大于4 T后,两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,导致在高场失去了磁通钉扎作用。     

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。     

球形钛粉制备技术的研究进展

对气雾化法(GA法)、等离子旋转电极法(PREP法)、射频等离子体球化法(RFP法)制备球形钛粉的基本原理及研究进展进行了介绍,并对这三种方法的优缺点进行了对此,最后指出我国球形钛粉制备技术与国外仍存在一定差距,现阶段应重视粉体基础理论研究,摸索粉体物理性质与工艺参数之间的规律,通过不断改进制粉设备、优化制粉工艺来提高球形钛粉的制备水平,获得综合性能优良的球形钛粉。     

前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响研究

本文主要研究了前驱粉粒度对Bi-2223带材微观结构和超导电性的影响。通过调整溶液浓度和机械球磨,采用喷雾热分解方法制备了三种不同粒度的前驱粉(7um,2um,<1um)。三种粒度的前驱粉经热处理后的相组分均为Bi-2212,(Sr,Ca)_xCu_yO_d (AEC)和CuO。研究发现,AEC相的尺寸和含量均随着前驱粉粒度的减小而增加。在平均粒度为2um的前驱粉中,CuO相的含量和大小均为最小。采用这三种不同粒度的前驱粉制备的37芯带材,前驱粉平均粒度为2um的带材具有最高的临界电流,同时相对于另外两根带材,该带材中有最高的Pb-3221相和最少的AEC含量。研究结果表明,前驱粉粒度的大小主要影响了前驱粉中AEC和CuO两种相的大小和含量,进而导致了所制备带材的临界电流及芯丝中非超导相的变化。     

Mo-Nb单晶材料的热变形行为及加工图

运用加工图以及Prasad失稳准则研究了Mo-Nb单晶材料在1100-1300℃,变形速率0.001-10s-1范围内的热变形特征。结果显示,变形温度和变形速率对Mo-Nb单晶材料的流变应力有着显著的影响。材料的加工图表明,在相对较高的变形温度（>1190℃）和应变速率条件下（>3.16s-1),变形后的样品仍然可以保持相对较好的单晶组织结构。材料的显微组织表明,在1150℃/10s-1和1200℃/0.01s-1变形条件下,变形后的样品内部出现了大量的裂纹,且裂纹区域面积较大,经1250℃/1s-1变形的样品,内部只有局部位置出现少量裂纹,1300℃/10s-1变形的样品内部未发现明显的裂纹,XRD衍射结果显示,经1300℃/10s-1变形后的样品仍保持相对较好的单晶组织。实验结果表明,在1300℃/10s-1变形条件下,样品在变形过程中没有发生变形失稳,这与采用加工图预测的结果相符。