铌—钛低温超导材料焊接技术的研究状况述评

1986年高温超导材料的发现为超导技术研究翻开了崭新的一页，10多年的研究也确实取得了很大的进展．但是由于在材料物理特性、制备工艺，特别是成材技术上的困难，本世纪应用于强电强磁场工程领域，从而替代传统低温超导材料的可能性不大．世界各国在低温超导材料及其应用上的研究投入仍占所有超导研究经费的很大比例．Nb－Ti超导材料在超导应用领域的重要地位短期内依然难以取代．70年代开始，以Nb一下超导材料制作的实用超导磁体已进入大型化阶段，这不仅对超导材料的性能提出更为严格的要求，而且对导体的长度也要求愈长愈好．例如，现…     

铌钛中添加人工钉扎中心的高场超导复合线的进展

１高电流密度的关键要素 Ｎｂ－Ｔｉ是一种具有良好机械性能和超常塑性的耐用和韧性材料．这种高强度和高塑性的结合使多芯绞缆和电缆能以相对直接的方法进行生产．良好的机械性能是所有高场超导材料特有的优点．除了优良的机械性能以外,Ｎｂ—Ｔｉ超导体还具有极高的磁通钉扎强度和临界电流密度（Ｊｃ）．目前,在ＳＴ、 ４．２Ｋ下,线材典型的Ｊｃ值为 ３ｋＡｍｍ－２,即大约是去偶电流密度理论极限（Ｊｄ＝１００ｋＡｍｍ－２）的３％．在具有更理想钉扎结构的带材和多层薄膜导体中,这一性能水平可增加至Ｊｄ的 ５％－２０％．由于 …     

烧结工艺对多芯MgB2线材磁通钉扎特性的影响

MgB2 超导电性的发现引起基础研究和应用研究的广泛兴趣。至今高临界电流的MgB2 块材、薄膜、线材和带材 ,都有报道。对制造电缆和磁体的实际应用而言 ,关键是开发带材和线材 ,其中最根本的是确定MgB2 的磁通钉扎特性 ,因为磁通蠕动越过钉扎中心将限制临界电流密度。为了理解磁通钉扎基本机理 ,从而提高载流能力 ,重要的是研究抵抗磁通运动的激活能。有人研究了采用先位法 (ex -situ)制备的铁基四芯MgB2 线材的磁通钉扎特性 ,采用 2根线材 ,通过测量其温度—电阻变化和电流—电压特性 ,发现其一 (B线 )在 8T高磁场下都有高的传输特性 ,…     

石墨烯掺杂MgB2块材超导性能和微观结构的研究

因为原材料相对低廉,综合制冷成本和材料成本,MgB2在20-25 K,1-3 T的中低磁场范围内应用具有明显的技术优势,有希望在这一工作温区替代传统的低温超导材料和氧化物高温超导材料,应用前景十分广泛。随着超导材料实用化的到来,对MgB2性能的要求也在逐渐提高,而影响它性能的主要因素磁通钉扎强度和晶粒连接性成为了人们的研究重点。本文通过直接掺杂石墨烯、石墨烯包覆硼掺杂、石墨烯丙酮溶液掺杂三种方法,系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB2块材的晶体结构、临界电流密度(Jc)、磁通钉扎性能(Fp)。通过直接掺杂,MgB2在低场下临界电流密度值得到了明显提高,而包覆法和溶液法掺杂石墨烯由于在空气中氧化严重并没有改善MgB2超导性能。     

射频超导腔束管用无缝铌管工艺研究

传统射频超导腔用铌管是采用焊接管或冲压管,存在诸多缺点。因此研制了一种制备无缝铌管的新工艺。新工艺的要点是,采用轴向镦粗和轴向拔长与间歇锻造相结合的冷锻加工方式,有效地控制了加工过程中气体元素的污染而对铌管残余电阻率比率（RRR）的影响。采用800℃,1h退火工艺保证管材具有晶粒尺寸大而均匀的再结晶组织。新工艺制备的无缝铌管的RRR值和综合力学性能均达到或超过了射频超导腔用铌管的技术指标。新工艺无缝铌管的性能比焊接管和冲压管优异,制造成本比焊接法和冲压法低,生产效率要高。     

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.     

钛／不锈钢相变扩散连接工艺研究

探讨了钛／不锈钢相变扩散连接的可行性及合适工艺参数,分析了影响相变扩散连接的主要因素及接头微观形态。     

旋转超导铌球在磁场中的力矩分析

由金属铌制成的超导球体,利用超导体的迈斯纳效应悬浮在球腔中,在外磁场的影响下会有少量俘获磁通存在,本文引入球谐函数计算磁场,分析了俘获磁通和外磁场相互作用后对超导转子产生的干扰力矩。在磁场中旋转的超导球体也会产生一个与转速成比例的伦敦磁场,与外部磁场相互作用从而产生干扰力矩作用于超导球。本文从旋转超导球体的电磁特性和磁场分布入手,计算和分析了伦敦磁矩对旋转超导球体的干扰力矩及对超导球体运动的影响。     

采用一种新的扩散法制备实用化的MgB_2超导体

利用一种新的Mg扩散方法,在常压下成功制备出致密的MgB2超导块材,样品密度最高达1.95g/cm3。结果表明:加热到900℃保温24h后炉冷,所得到的样品性能最佳。该样品在50Oe的外场下,超导转变温度(Tc)为38.1K,转变宽度仅0.9K;10K,20K,自场下临界电流密度(Jc)值分别达0.53,0.37MA/cm2。此外,通过添加少量纳米Pr6O11或者石墨,都能使MgB2的实用化性能得到显著改进。     

T8钢硼钛铌共渗层中夹缝组织的相结构研究

用透射电镜、显微硬度计和电子探针研究了T8钢硼钛铌共渗层的相结构及元素分布。结果表明,表层FeB晶界处有TiC和NbC,里层(Fe,M)_2B针间和前沿存在岛状的夹缝组织,其显微硬度值为280～550HV_(0.1)夹缝组织由α—Fe、Fe_3Si、Fe_5Si_3、Fe_5SiB_2、Fe_(4.9)Si_(2.0)B_(1.0)、Fe_3(Si,B)及FeCSi组成。共渗层中硅与碳的分布不均匀,富集区大多在(Fe、M)_2B齿间和前沿。     

铌在铀熔体中的溶解扩散行为研究

铀铌合金具有优异的抗腐蚀性能和良好的综合力学性能,是核工程中重要的结构与功能材料。通过直接真空感应熔炼的方式实现铀铌合金的合金化,可大幅度提高铀铌合金的生产效率。然而,铀铌合金的真空感应熔炼合金化过程易出现合金化不充分的现象,该问题主要与固态铌在铀熔体中的溶解扩散过程有关。为了提高对固态铌在铀熔体中的溶解扩散的认识,精确优化铀铌合金的真空感应熔炼工艺,提升铀铌合金材料质量,本文对固态铌在铀熔体中的溶解扩散行为进行了研究。通过溶解扩散实验获得铌在铀熔体中的溶解速率v与熔体温度T存在v=0.3651exp(-21150[K]/T)[m/s]关系;对U/Nb溶解扩散界面进行了表征,结果显示铌溶解于铀熔体的过程中,U/Nb溶解扩散界面形成了与固态Nb存在位向关系的片状结构;对比有无电磁搅拌情况下铌在铀熔体中的溶解行为及U/Nb界面结构,结果表明电磁搅拌提高了铌在铀中的溶解速率并改变了U/Nb界面的片状结构。     

铌在一种高合金化高温合金中的偏析与扩散行为

研究铌在一种高合金化镍基高温合金凝固过程中的偏析和均匀化过程中的扩散行为。铌严重偏析于枝晶间区域,其偏析系数高达4.30。许多富铌相,包括Laves相、δ相、（γ＋γ′）共晶、MC和M6C碳化物等在枝晶间析出。利用差热分析和在不同温度、时间的均匀化处理确定各种富铌相的溶解温度和枝晶偏析的消除程度。元素扩散计算表明：铌的扩散速率随着均匀化温度的提高而显著增加,从而有效地缩短均匀化时间。提出一种无初熔的三步均匀化制度,可以完全消除铌的枝晶偏析,获得均一的组织。     

搅拌摩擦加工法制备铜／钛复合板探索

本文利用搅拌摩擦加工法对铜／钛复合板工艺进行研究。结果表明：搅拌头旋转速度为750r／min,焊接速度为23．5mm／min,搅拌头倾角2°,搅拌针插入量在0-3～0．6mm,用搅拌摩擦加工法,制备铜／钛复合板是可行的。搅拌针插入量较小时,焊核形貌为洋葱环形貌：搅拌针插入量较大时焊核中塑性金属容易团聚、堆积。界面两侧Cu—Ti元素进行了互扩散,并且Ti向复板铜侧的扩散量要大于Cu向基板钛侧的扩散量。母材铜的硬度数值在85HV左右,母材钛的硬度数值在330HV左右,界面两侧其他区域,受元素互扩散的影响,硬度数值有不同程度的提升,焊核区出现了软化现象。     

热分析技术在Nb3Sn超导材料扩散热处理中的应用

采用包括差示扫描量热分析(DSC)和热重分析(TG)在内的热分析方法,研究了Nb3Sn超导材料扩散热处理过程.以热分析数据为依据,对Nb-Sn低温超导材料样品进行了真空热处理.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了Nb3 Sn导线组织结构演变.结果表明,通过热分析技术确定了Nb,Sn超导线材的热处理温度范围,Nb,Sn样品在670℃加热得到了组织均匀细小的超导相结构.低温条件下的临界电流测试证明了经过热处理的Nb,Sn导线具备了明显的超导性能.     

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。     

BaCuO2-δ含量和Sm/Gd比例对(SmGd)-Ba-Cu-O单畴样品超导性能和磁通钉扎机制的影响

采用热籽晶技术和"二步冷却"生长工艺,在空气中制备出了(SmGd)-Ba-Cu-O体系的单畴熔融织构样品,研究了BaCuO2-δ含量以及Sm/Gd比对超导性能和磁通钉扎机制的影响.研究表明,制备出的(SmGd)-Ba-Cu-O体系熔融织构样品没有宏观裂纹,77 K下的冻结场呈中心对称的圆锥形;当BaCuO2-δ的加入量x=0.2时,样品的Tc和Jc都比较高,其超导性能达到最佳值,过高或过低BaCuO2-δ的含量都对超导性能不利;BaCuO2-δ的加入抑制了LRE-Ba的整体替代,使得超导基体中的组分波动具有更强的△Tc钉扎;临界电流密度Jc和超导转变温度Tc都随着Sm/Gd比降低而增大,样品的临界电流密度都有非常明显的"鱼尾效应".