采用中子衍射研究内锡法Nb3Sn的相形成

选取2种ITER用内锡法Nb3Sn复合超导线，采用原位中子衍射测量技术检测超导相的形成过程，通过添加第3种元素研究合金化Sn芯和合金化Nb芯对超导相形成过程及超导线超导性能的影响。结果表明：合金化Sn芯比合金化Nb芯丝有利于提高超导性能；少量添加第3种元素Ti与Sn形成合金能显著促进Sn的扩散和A15相的形成，并且能有效抑制Nb3Sn晶粒的生长，因此增加了晶界面积和钉扎力，增强了超导特性，提高了非铜区临界电流密度Jcn。     

高场磁体用高性能内锡法Nb3Sn的动力学稳定性

现今制作的Nb3Sn线材在12T，4．2K温度下，非铜面积的临界电流密度如可以超过3000A／mm^2。可是，为达到这样的性能所进行的热处理常引起Nb3Sn芯丝粗化，使芯丝变成一个大而连续的超导环，并使锡穿透扩散层和铜稳定体形成合金。由于高如和大超导体直径的联合作用，降低了绝热稳定性，又由于降低了铜的热导率，使动力学稳定性大大降低。在这样的环境下，将不可避免地产生低场下的磁通跳跃，同时使释放的热量沿失超的导体传播。在磁     

套管法制备Nb3Al超导线材及Nb-Al扩散成相规律研究

采用套管法(RIT)制备了单芯、7芯和49芯Cu包套的Nb3Al前驱体线材,并利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDX)等手段研究了不同反应动力学条件下的Nb-Al扩散成相演变规律。结果表明:与Nb3Sn超导体中Nb-Sn扩散成相不同,在Nb3Al中,随着反应动力学条件的增加或者Nb-Al扩散间距的减小,Nb-Al二元化合物的成相演变规律如下:Al+Nb→NbAl3+Nb→Nb2Al+Nb→Nb3Al+Nb2Al+Nb;同时Nb-Al扩散的最终反应产物为Nb/Al原子比4:1的Nb3Al、Nb2Al和Nb的混合相。通过优化反应条件,在1400℃,50 h热处理条件下,成功制备出了49芯Nb3Al超导线材,该线材超导转变温度(Tc)达到15.7 K。     

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.     

Nb3Sn超导线材制造新技术

日本东海大学的刀川恭治教授新近开发成功Nb3Sn超导线材的最佳制造工艺“胶体轧制法”（Jelly roll）。该工艺过程的主要步聚包括首先将锡和钽的粉末混合物装入坩埚中，经过750-800℃反应后生成锡-钽合金，将锡-钽合金轧成薄板状，再与金属铌薄板重叠并卷成圆棒状，然后加工成线材。随后将该复合线材加以热处理，由于锡一钽合金与铌进行有效的扩散反应而在线材内部生成Nb3Sn相。     

低温超导体Nb_3Sn扩散热处理中显微组织的表征与分析

利用青铜法制备了低温超导体Nb3Sn材料。采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)对Nb3Sn化合物的元素扩散热处理过程进行了研究。结果显示,通过热处理96h后,Nb3Sn相形成。同时由于边界处Nb原子的缺乏,Nb2Sn和Nb6Sn5非超导相也在边界处形成。升高温度明显能够提高元素的扩散激活能,从而利于Nb3Sn相的形成,但是高温也会促进晶粒的粗化,破坏超导特性。因此精确控制温度对于材料超导性能非常重要。采用670℃热处理96h得到了均匀细小的晶粒组织。     

高场磁体用RRP Nb3Sn股线的研制

采用Rod Restack Process(RRP)研制了单根线长大于1500m的高场磁体用Nb3Sn股线,股线选用Nb作为扩散阻隔层,分布于各亚组元周围。在热处理时Nb阻隔层不但可以阻止Sn向稳定体Cu区的扩散,防止稳定体的Sn扩散污染,确保股线具有较高的剩余电阻率(RRR),同时,靠近Sn源内侧的Nb参与固态扩散反应生成A15相Nb3Sn,贡献临界电流。在股线的制备过程中,采用Nb-47%Ti(质量分数)芯代替部分Nb芯的方式添加元素Ti,达到了Ti元素添加目的,该方法因为使用了已经商业化的Nb-47%Ti而有效控制了制作成本。对该股线进行热处理以及超导性能测试研究表明:640℃,60h热处理条件下,股线在12T,4.2K,0.1μV/cm下的Ic为514A,股线的RRR为148,具有良好的绝热稳定性;在650℃,100h下股线的Ic为599A,RRR=3.77。股线扩散阻隔层以及添Ti方式的成功选择,为获得长线打下了基础,为股线性能的初步研究及后续的实验提供了直接参考。     

Nb3Sn超导股线热应变分析模型研究

ITER聚变反应堆上Nb3Sn超导股线是由脆性金属间化合物构成的,由于其间各组分不同的热胀冷缩系数和不同的弹性模量,使得股线从热反应温度或热处理温度到室温、以至到低温运行时,会在Nb3Sn复合物中产生热应变。为了研究Nb3Sn的热应变和构建相应的数学模型,进行了加热期间局部应变测量以及室温下的拉力测试。根据Nb3Sn股线不同组分应力/应变曲线所显示的弹塑特性,对它们进行量化分析。测试分析发现,在室温下沿轴向加载到Nb3Sn超导丝的局部应变是压缩应变,高温下是拉应变;另外用数值分析计算方法可以再现依靠温度的轴向热应变。     

快速加热和冷却法制备的极细多芯Nb3Al线材的超导特性

介绍了一种快速加热快速冷却制备接近化学计量的Ｎｂ３Ａｌ极细多芯线材的方法。用四控地测定试样的临界温度为１７Ｋ,用Ｓｐｌｉｔ ｐａｉｒ型磁体测试了试样随温度和磁场变化的临界电流。归一化后的单位体积钉轧力与所加磁场符合Ｋｒａｍｅｒ方程,晶界为可能的磁力线钉扎源。由临界电流得到的上临界磁场与温度呈线性关系,外摊得到临界温度的计算值与实测值基本一致。通过临界电流与温度和磁场的关系得到了Ｉｃ－Ｔ－Ｂ三维临界     

GROWTH OF Nb_3Sn TRANSFORMED FROM Nb_6 Sn_5

The diffusion process of Sn in the transformation of Nb_6Sn_5 to Nb_3Sn has been studied.Theexperimental results show that the growth of Nb_3Sn laver is controlled by two processes,i.e.the short range diffusion of Sn which is responsihle for the inner layer with large grains,andthe long,range diffusion of Sn which results in the outer layer with fine grains.It was foundthai grain size depends on the reaction temperature.A model of Nb_3Sn growth based on theabove processes was established and its solution was found to be in good agreement with ex-perimental results.     

Nb_6Sn_5生成Nb_3Sn的生长特性

采用Nb管富Sn固-液相扩散法,研究了Nb_6Sn_5向Nb_3Sn转化过程中Sn的扩散方式及微组织结构.实验结果表明:Nb_3Sn层生长受Nb_6Sn_5分解时Sn的短程扩散和长程扩散两种机制的控制,分别形成晶粒较粗的内层和晶粒较细的外层;粗细晶粒的差别和热处理温度有关.根据此机制得出的扩散方程解与Nb_3Sn生长曲线符合得很好.     

INFLUENCE OF GEOMETRICAL CONFIGURATION OFSUPERCONDUCTING MATERIAL ON GROWTH OF Nb_3 Sn

Boundary conditions constructed by two typical geometrical configurations related to themanufacturing methods of bronze process and tin-rich Nb tube method have been consideredin a diffusion model in which the diffusion of Sn in CuSn matrix plays a major role is as-sumed.The dependence of thickness of Nb_3Sn layer on reaction time has been derived.It isshown that the growth rate of Nb_3Sn relates to the configuration of the superconductor,thegeometrical parameters of Nb filaments and CuSn matrix.The theory is qualitatively con-sistent with the experimental results.     

超导材料的几何构形对Nb_3Sn扩散生长的影响

采用体扩散模型,假定Sn在CuSn母体中的扩散是Nb_3Sn层生长的控制因素,考虑了青铜法和Nb管富Sn法这两种典型的成材方法的几何构形所形成的边界条件,在一级近似下解出了Nb_3Sn层厚度和热处理时间的依赖关系。结果表明:Nb_3Sn层生长速率与超导材料的复合构形、Nb纤维以及CuSn母体的几何参数有内在联系。理论与实验结果定性相符。     

偏量应变定标模型在Nb_3Sn股线中的应用

采用Pacman弹簧装置测量在不同磁场,温度和应变条件下Nb3Sn多芯股线的V-I特征曲线。外部磁场变化范围由4T到14T,温度变化由4.2K至10K,材料轴向应变变化范围在-0.9%～+0.6%。在此基础上详细介绍了近年来应用广泛的三维偏量应变定标模型,通过该定标模型模拟了Nb3Sn超导材料临界电流Ic随应变状态的变化规律。     

PROCESSING AND PROPERTIES OF Nb_3Al ALLOYS

ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＡＮＤＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＯＦＮｂ_３ＡｌＡＬＬＯＹＳＨＡＮＡＤＡＳｈｕｊｉ；ＴＡＢＡＲＵＴａｔｓｕｏａｎｄＧＮＭＡＭＯＯＲＴＨＹＲａｊａｐｐａ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，ＴｏｈｏｋｕＵｎｉｖｅｒ?..     

SPS熔铸制备Nb/Nb_5Si_3原位复合材料

利用SPS熔铸工艺成功制备了近理论密度的Nb/Nb5Si3原位复合材料,并用XRD、扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和电子能谱分析(EDS)研究复合材料的相组成和微观结构。结果表明,SPS熔铸的Nb/Nb5Si3复合材料组织由近球状的初生Nb颗粒与(Nb+Nb5Si3)共晶组织组成,且随着冷却速度增加,复合材料组织中的初生Nb颗粒和共晶组织变得细小。SPS熔铸工艺可同步实现Nb/Nb5Si3复合材料的原位合成与液态成形一体化,所制备Nb/Nb5Si3原位复合材料的密度达到理论密度的99.69%。     

Sn做助剂机械合金化+热处理制备Ti_3AlC_2

以3Ti/Al/2C/0.1Sn粉体为原料,进行机械合金化,并对粉体产物进行热处理,制备高含量Ti3AlC2材料,并分析了产物的微观形貌。机械合金化3Ti/Al/2C粉体,可合成TiC、Ti3AlC2和Ti2AlC混合粉体产物。添加适量Sn可消除产物中的Ti2AlC,明显促进Ti3AlC2合成。对粉体产物进行热处理,可以提高产物Ti3AlC2含量。热处理温度过低或过高都不利于Ti3AlC2含量的提高。随着热处理温度的提高,晶粒长大明显,烧结倾向加剧,研磨困难。在900℃可以获得质量分数为95.2%的Ti3AlC2。热处理产物颗粒比较细小,可做复合材料的原料。     

Morphology and growth kinetics of Ag3Sn during soldering reaction between liquid Sn and an Ag substrate

For the soldering of recycled Ag sputtering targets, the interfacial reaction between liquid Sn and an Ag substrate at temperatures ranging from 250 –425°C has been investigated. Experimental results show that a scallop-shaped layer of Ag₃Sn intermetallic compounds formed during the soldering reaction. Kinetics analysis indicated that the growth of such interfacial Ag₃Sn intermetallic compounds is diffusion-controlled with activation energy of 70.3kJ/mol. During the reaction, the Ag substrate dissolves into the molten Sn solder and causes the appearance of needle-shaped Ag₃Sn precipitates in the Sn matrix.