Bi-2212高温超导线(带)材研究进展

Bi-2212超导材料是最具高场应用前景的超导材料之一.经过近20年的研究,多芯Bi-2212超导线(带)材的临界电流密度(Jc)和临界工程电流密度(JE)已达到工程应用要求,并已在国外实现了产业化生产.综述了近年来Bi-2212超导材料在成材技术、载流性能、应用方面的研究进展,分析了该类材料成材技术中的关键问题,并探讨了进一步提高Bi-2212超导材料实用性能的途径.     

大电流Bi系超导电缆的研制

Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)高温超导体(HTS)很有可能成为一种实际应用的材料.特别是Bi2Sr2CaCu2Oy(Bi-2212)超导线材,除了其T.比Bi2Sr2Ca2Cu3Oy(Bi-2223)以外,很有希望在诸如变压器、超导磁储能(SMES)和粒子加速器等大型功率的应用项目中使用,因为这种材料在低于30K以下的温度有高的钉扎势,并且线材加工容易.在Bi-2212导体的制造过程中,通常采用部分熔融和固化工艺.由于单根Bi-2212线材无论是电流载运能力,还是机械强度,均不能满足大型应用的要求,因此,在Bi-2212线材的大型应用中,线材必须绞缆.     

石墨烯强化铜铌复合线材的研究

采用粉末套管法和集束拉拔技术,成功制备出石墨烯包覆铌粉增强Cu-Nb(7~3芯)的复合线材(Cu-Nb-C)和纯铌粉增强Cu-Nb(7~3芯)的复合线材(Cu-Nb)。对两种复合线材的芯丝组态、微观组织进行表征,结果表明,引入石墨烯掺杂的CuNb-C线材的芯丝形态较规则、分布较均匀,这是由于石墨烯优异的润滑特性很好地协调了Cu基体和Nb芯丝之间的塑性变形。对不同尺寸的Cu-Nb-C线材和Cu-Nb线材力学性能和导电性能进行测试,结果表明,相比于Cu-Nb线材,Cu-Nb-C线材的力学强度虽然仅提高了几十兆帕,但其导电性明显增强,提高了近9%。石墨烯本身优异的特性及线材芯丝的均匀分布是其导电性提高的主要原因,本实验研究可为发展新一代高强高导Cu-Nb复合线材提供一些理论依据和实验基础。     

复合芯材夹芯结构成型工艺研究

为了改善复合材料夹芯结构中芯材与面板界面结合强度,研制了一种新型夹芯结构,即复合材料柱/泡沫塑料复合芯材夹芯结构.该结构中用过渡层取代胶结层,使芯材和面板为一体,芯材由泡沫塑料和柱结构组成,其中柱结构是与面板同材质的纤维增强复合材料.通过该夹芯结构的芯材结构设计、加工工具的设计、加工工艺设计,使增强材料在法向上植入芯材中,并与上下面板的增强材料连通.由于在同一个工艺过程中固化成型,构成一个整体,没有界面,从根本上改善了面板与芯材之间粘接性能薄弱问题.试验结果表明,该结构具有较高的抗层间剪切、抗平压、抗剥离及抗疲劳性能.     

ITER项目用NbTi/Cu复合超导线的工艺研究

为实现高均匀性、高性能的NbTi/Cu多芯复合线的批量生产,需要优化多芯复合线的传统工艺.对复合线材均匀性和超导性能的研究结果表明:经优化后的拉拔-扒皮工艺完全可以取代传统的拉拔-轧制工艺且能改善NbTi/Cu超导线材的Jc值,为低温超导线材的推广使用打下了坚实基础.     

日本超导材料的研制概况

本文介绍了1990年日本各有关超导材料研制单位的一些研究成果。1.长100m以上的铊系超导带状线材日立制作所和日立电线公司合作制成了镀银的铊系氧化物超导带状线材。采用了冲压和轧制相结合的加工方法:在保持线材的线芯超导部分的均匀性和控制陶瓷晶粒使之不能沿带材的纵向延伸的条件下,利用高密度化压延机,制成了100m以上的线材。使用10m长的线材绕成螺线管线圈,在液氮温度下可达到10000A/cm~2的临界电流密度。     

Z 向增强泡沫夹芯复合材料冲击损伤及冲击后压缩性能

基于热压罐成型工艺, 选择了树脂柱Z向增强泡沫芯材、碳纤维Z向增强泡沫芯材、Kevlar纤维缝纫增强泡沫芯材3种Z向增强复合材料结构, 对夹芯结构进行了低速冲击损伤和冲击后压缩(CAI)性能研究, 考察了不同Z向增强方式对冲击损伤面积和破坏模式的影响。结果表明, Z向增强对泡沫芯材产生了初始损伤, 其冲击后损伤面积大于未增强泡沫夹芯结构; 但Z向增强改变了夹芯结构的压缩破坏机制。通过选用合适的Z向增强材料和Z向增强参数, 能够提高夹芯结构的压缩强度和CAI强度。其中当增强材料为碳纤维, 增强参数为10 mm×10 mm时, 压缩强度提高了13%, CAI强度提高超过40%。     

轧制开坯钼丝退火点设置浅析

轧制开坯钼丝采用粉末生产的坯条或棒坯经轧制→旋锻→拉伸进行加工.因其具有变形均匀、单重大等优点,与传统旋锻开坯的钼丝相比,具有良好的加工性能和稳定性.但钼丝材的缺点是,在加工过程中易引起金属加工硬化,故生产中常出现断丝现象.轧制开坯钼丝拉伸加工较大规格时,上述现象更为突出,因此,须进行适当的退火,以消除应力,降低变形抗力,提高塑性.轧制开坯钼丝的简单工艺路线如右图所示.     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体准静态压缩吸能机制

提出并设计了一种新型纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体吸能结构单元。为探讨其在准静态压缩载荷作用下初始损伤的产生、扩展及演变规律,基于ABAQUS建立该单元数值分析模型,并开展了准静态压缩试验。数值模拟与试验现象综合分析表明,准静态压缩载荷作用下单元结构的响应具有三阶段特征,包括初始线弹性压缩阶段、渐进损伤阶段和结构破坏阶段。固体浮力芯材在压缩载荷作用下产生塑性损伤变形和剪切断裂破坏,纤维缠绕复合材料表层在芯材横向膨胀效应引起的环向应力作用下发生环向纤维的拉伸断裂破坏,导致单元结构稳态吸能过程的终止。研究结果表明,该单元比吸能效率远高于传统的复合材料圆柱壳结构。     

颗粒增强钛基复合材料制备方法与组织性能研究进展

颗粒增强体的加入不仅使钛基复合材料(TMCs)具有复杂相组成,还改变了材料在制备与加工过程中的特性.针对颗粒增强TMCs,对其组织结构和制备方法进行简要介绍,总结了组织与性能的影响因素,包含增强体对疲劳性能的影响,疲劳断面表征分析,加工工艺、制备工艺尤其是新兴的激光增材制造对颗粒增强TMCs组织性能的影响.颗粒增强体的强化机制有应力承载作用、固溶强化、细晶强化、弥散强化等.颗粒增强TMCs的疲劳强度高于普通钛合金,断裂机制通常为解理断裂,高温下转变为准解理断裂.制备工艺与加工工艺对颗粒增强TMCs的组织性能影响显著,合理设置激光增材制造工艺参数能够制备力学性能优异、耐磨与抗腐蚀性能良好的颗粒增强TMCs.     

电弧喷涂Zn—Al—Mg—RE粉芯丝材及其涂层的制备

在前期研发出Zn-Al-Mg-RE粉芯丝材制备新型防腐涂层技术的基础上,提出了采用Zn-Al合金带材包覆复合粉末的新工艺制造Zn-Al-Mg-RE粉芯丝材,设计制造了Al质量分数分别为2%,5%,8%的系列Zn-Al合金带材,测试了带材的硬度、拉伸强度和伸长率等力学性能指标,并和国外新近研制的Zn-Al合金带材(A220)展开对比;研究粉芯丝材的制造工艺.结果显示,选用的带材中Zn-2Al带和A220带材能够满足粉芯丝材的生产要求.利用研制的粉芯丝材进行电弧喷涂实验,发现这两种丝材的喷涂稳定性都较好,制备的涂层较致密,层状组织特征明显,时间电位曲线显示两种涂层均表现出较强的耐蚀性能,在实验后期,两者的电极电位趋于一致.     

NbTi超导线材的研究与发展

讨论了NbTi/Cu超导线材的应用范围及其特性,介绍了NbTi/Cu超导线材的传统制备工艺和人工钉扎中心制备工艺,以及这两种工艺生产的NbTi/Cu超导线材的临界电流密度和商业化生产NbTi/Cu超导线材对加工工艺的要求.NbTi/Cu超导线材是目前应用最广的一类超导材料,为了满足超导磁体工作的安全性要求,大铜比NbTi/Cu超导线材的制备工艺和6.5K下NbTi/Cu超导线材的性能将是NbTi/Cu超导线材今后的研究方向之一.     

冷连轧对TC16钛合金丝材组织性能的影响

冷轧加工不仅可以实现小规格丝材尺寸的高精度控制,也可以满足对组织和性能有特殊要求的丝材加工。通过对比分析冷连轧和热拉拔两种加工方式制备出的TC16钛合金丝材的性能和组织,研究了冷连轧工艺对TC16钛合金丝材退火态和固溶时效态性能的影响。结果表明,冷连轧获得的TC16钛合金丝材经退火后的抗拉强度比热拉拔加工丝材低,但是塑性较高,更有利于后续TC16钛合金紧固件的冷镦制成形;经过热处理强化后,冷连轧获得的TC16钛合金丝材强化效果明显,抗拉强度提高和塑性降低程度更为显著。相比热拉拔加工,冷连轧可有效破碎纵向长条α相并储存更多的加工畸变能,是获得优良退火态塑性和增强热处理强化作用的主要原因。     

Bi-2223的机械性能及改善

PIT法加工的Bi-2223单芯多芯带的机械性能日本最近在"先进材料和标准凡尔赛计划(VAMAS)"框架下,由8家研究单位联合,对粉末装管法(PIT)制备的单芯和多芯Bi-2223/Ag带材进行了拉伸试验的循环比对测试.发现单一氧化物(Bi-2223)芯的带材拉伸曲线可分三个阶段:首先是非常窄的弹性阶段;然后进入第二阶段,此时应力-应变曲线斜率逐渐减小;最后出现宏观屈服和弹性变形阶段,此时能看到多重开裂现象.     

退火处理对含纳米陶瓷粉电弧喷涂层组织结构与高温冲蚀性能的影响

开发含纳米组分的粉芯丝材,采用超音速电弧喷涂技术获得复合涂层,对涂层进行退火处理,结合金相、硬度、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析方法对喷涂层的组织结构和高温冲蚀性能进行表征.结果表明:喷涂过程中粉芯丝材的表皮材料和芯粉材料能相互熔解和融合形成较均匀的固溶体;涂层中硬度分布较均匀;退火处理使涂层缺陷减少,应力消除,亚稳相分解,同时结晶度提高,从而显著提高涂层硬度;退火处理后涂层耐高温冲蚀性显著提高.     

电弧喷涂粉芯丝材的研究进展与应用

简述了电弧喷涂粉芯丝材的优点及制作工艺,介绍了电弧喷涂粉芯丝材的发展历程,以及耐磨损、耐腐蚀、耐高温电弧喷涂粉芯丝材的最新研究进展,展望了电弧喷涂粉芯丝材的应用前景,指出了金属陶瓷复合粉芯丝材、非晶态粉芯丝材、纳米粉芯丝材是未来电弧喷涂粉芯丝材的发展方向。     

(Ba,K)Fe2As2铁基超导多芯线材的晶间耦合强化与性能提高(英文)

铁基超导材料在高场超导磁体领域具有很大的应用潜力,而研究具有高传输临界电流密度的多芯复合包套线材对于其实际应用至关重要.本研究基于粉末装管法,结合孔型轧制工艺和热等静压烧结工艺制备了多芯Cu/Ag复合包套(Ba,K)Fe₂As₂ (Ba-122)超导线材.通过对不同直径线材中Ba-122超导芯的质量密度、晶粒取向、晶粒尺寸、元素分布与线材的电流传输性能之间的关系进行系统研究,我们发现线径较小的样品中超导晶粒间的耦合得到了显著增强,其传输临界电流密度在4.2 K, 10 T下达到3.3×10⁴A cm^-2,同时由于晶粒尺寸和超导芯丝的均匀性得到改善,其电流传输的一致性(n值)也获得有效提高.本研究为制备高性能、高度均匀的铁基超导多芯线材提供了一种可规模化的工艺路线,对促进铁基超导材料的高场强电应用有重要意义.     

铝基粉芯线材电弧喷涂工艺参数优化研究

为了使铝基粉芯线材电弧喷涂涂层获得优良的涂层性能,选择涂层孔隙率为判据,通过正交试验和OLYC IA m3金相图像分析系统对铝基粉芯线材电弧喷涂工艺进行了优化,同时采用SprayW atch热喷涂监控系统对喷涂过程中粒子的飞行速度和温度进行了测定.经研究得到了铝基粉芯丝材电弧喷涂的最佳工艺参数.结果表明,影响铝基涂层致密性的工艺因素按主次顺序分别为喷涂气压、喷涂电压和喷涂距离;在所选试验范围内,随气体压力和喷涂电压的增大、喷涂距离的减小,涂层的孔隙率降低;在优化的喷涂工艺参数条件下,铝基涂层最小孔隙率可达1.3%.     

非常规孔结构Al-Si12泡沫芯消声器的吸声性能研究

以渗流法制备的宽孔径孔结构、周期孔结构及梯度孔结构三类非常规孔结构Al-Si12泡沫为芯材,制作了Al-Si12泡沫芯消声器,对其吸声性能进行了研究。结果表明,宽孔径孔结构Al-Si12泡沫芯消声器的吸声效果明显优于常规孔结构Al-Si12泡沫芯消声器;梯度孔结构Al-Si12泡沫芯消声器的吸声性能比宽孔径孔结构泡沫铝芯消声器优越;周期孔结构的泡沫铝芯消声器与宽孔径孔结构泡沫铝芯吸声性能相当;Al-Si12泡沫芯消声器的吸声性能与扩张室结构及流阻有关;与传统吸声材料芯消声器相比,宽孔径孔结构的Al-Si12泡沫芯消声器的吸声性能介于离心玻璃棉芯消声器及聚氨酯泡沫芯消声器之间。     

工字梁型蜂窝芯材共面冲击性能的有限元模拟

目的研究双壁厚工字梁型金属蜂窝芯材的共面冲击性能。方法借助有限元软件Ansys/LSDYNA,建立工字梁型蜂窝芯材的有限元模型,并进行CAE分析。结果在不同冲击速度下,工字梁型蜂窝芯材表现出不同的变形模式。当工字梁型金属蜂窝芯材的其他结构参数固定时,其共面动态峰应力与冲击速度的平方成线性关系;当冲击速度一定时,其共面动态峰应力与壁厚边长比成幂指数关系。同时,拟合得到了工字梁型金属蜂窝芯材共面动态峰应力关于壁厚边长比和冲击速度的经验计算公式。结论工字梁型蜂窝具有优良的结构和吸能能力,研究工字梁型蜂窝的冲击性能具有重要的科学研究和工程应用价值。