多芯MgB2超导线材的挤压制备技术及微观结构研究

为了提高多芯MgB2超导线材中芯丝相互之间的结合强度和超导芯丝的致密度,将传统的热挤压技术引入到MgB2线材制备过程中。采用挤压工艺制备180芯导体结构的多芯MgB2/Nb/Cu超导线材,Φ64mm的复合包套通过单道次挤压工艺加工到Φ20 mm。挤压后的线材通过冷拉拔和中间退火热处理最终加工到Φ0.81 mm。对加工不同阶段的复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB2超导芯丝分布良好,Nb阻隔层厚度分布较为均匀,无破损现象。通过该工艺已成功制备出百米量级长度的多芯MgB2超导线材。该技术为MgB2超导长线的制备提供了新途径。     

不同包套石墨烯掺杂MgB_2超导线材的性能

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(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB_2/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB_2单芯线材。线材在高纯氩气保护下、670～800℃保温2 h热处理。XRD结果显示,670℃热处理的线材其主相均为MgB_2超导相,其中Fe包套线材中含有Fe_2B杂相。3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包套线材基体中的孔洞相对较小。线材样品的拉伸结果显示,热处理前由于加工硬化,3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。样品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4.59×10~5 A/cm~2。当外加磁场大于4 T后,2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,导致其在高场下磁通钉扎作用下降。     

MgB_2超导带材的失超传播特性研究

采用原位法粉末装管工艺(In-situ)制备了MgB2/Fe/Cu单芯线材,通过X射线衍射、扫描电镜、能谱分析和物性测试仪等手段研究了热处理温度对线材微观结构及超导电性的影响。结果显示,在热处理过程中,超导芯丝与包套材料之间有Fe2B中间界面层产生。并且随着热处理温度的升高,Fe2B层厚度也逐渐增加。同时,热处理温度对线材的临界电流密度(Jc)有显著影响:在低场下(<4.5T),700℃制备线材具有高的Jc值;在高场下,750℃制备线材具有高的Jc值;800℃制备线材的Jc随磁场增加而迅速减小。微观结构分析结果表明,增加MgB2中晶界密度和改善连接性是获得高Jc线材的关键。     

石墨烯掺杂对MgB_2块材微观结构和超导性能的影响

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3种方法,系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB_2块材的晶体结构、临界电流密度(J_c)、磁通钉扎性能(F_p)。通过直接掺杂,MgB_2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MgB_2超导性能。     

MgB2超导线材的机械性能

尽管MgB2超导线材的临界转变温度相对较低,但MgB2没有晶界弱连接,因而具有低的加工成本,相对于BSCCO和YBCO表现出明显的应用优势。目前,粉末装管技术(PIT)广泛用于制备MgB2带     

具有高传输电流的机械强化MgB_2超导线

为设计制造MgB2超导线，需要考虑几方面的问题。首先，就标准线圈绕制工艺而论，线材具有的几何形状比带材更合适。第二，用粉末装管工艺(PIT)制备MgB2线时，虽然可以用商品MgB2粉，但缺点是芯丝不能延性变形。如果用镁和硼混合粉制备MgB2线，虽然延性变形性能有所改善，但缺点是粉末粒子较粗，导致MgB2不均匀。第三，为获得具有较高密度的超导相，需要在MgB2分解温度以上进行热处理，并缓慢冷却。第四，因为包覆材料要与超导体接触，所以包覆材料的选择是非常重要的。所选择的包覆材料应不与镁反应，而且要考虑热膨胀系数的匹配。Mg…     

涡流检测在制备19芯Fe/Cu包套MgB_2超导线中的应用

19芯Fe/Cu包套MgB2超导线制备是以单芯Fe/Cu线组装后,再经过机械拉拔工序获得。利用电磁涡流技术可检测单芯Fe/Cu线内部的缺陷。通过电子扫描电镜(SEM)分析发现,相对于未检测到缺陷的单芯线,有缺陷的单芯线组装、拉拔后获得的19芯Fe/Cu超导线内部芯线排布均匀性差,部分芯线Fe层破损严重,将影响超导线质量。涡流检测方法有利于控制多芯超导线质量。     

烧结温度对MgB_2超导线材微观结构及超导电性的影响

使用干燥的B粉和Mg粉,采用分步反应法制备了SiC(40～45 nm)掺杂的MgB2/Nb/Cu超导线材。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜,研究了不同烧结温度对所制备样品的相组成、微观结构的影响。采用标准四引线法测定了样品的电阻温度曲线。结果表明:热处理温度对线材的微观结构有显著影响,适宜的热处理温度可提高C原子实际进入晶格取代B原子的数量。在750℃×2 h,C原子替代B的取代分数达3.73%。分步反应法制备MgB2超导线材可有效地引入B位C掺杂,从而提高线材在高磁场下的载流能力。     

机械强化方法制备的高传输电流MgB_2超导线

自从MgB２超导体发现以来，人们在很短的时间内，已经制备和研究了几乎所有种类的样品，包括大块、薄膜、线和带。MgB２是１种在BCS理论框架内的强电声耦合机制的超导体，因此，它属于低Tc金属间化合物超导体。目前，用粉末装管技术（PIT）已可以制作具有很高传输临界电流（２×１０５A·cm－２）的线和带，并已取得很多有益的工艺研究结果。例如，低温热处理常导致临界电流降低，而在MgB２相分解和重新生成温度范围（８７５℃～９５０℃）对最终的成品导体进行热处理对提高芯丝密度和晶粒连接是有好处的。带材与线材相比常具有更高的…     

TiC掺杂12芯MgB2线材微观结构以及超导电性

采用 PIT工艺,以分步法粉末为装管前驱粉,选用中心铜铌复合棒增强的导体结构制备了TiC掺杂MgB2多芯线材,研究了不同热处理温度对于粉末相组成、线材的微观结构以及超导电性的影响,结果表明分步法粉末能够有效提高C原子的取代水平,同时芯丝中MgB2晶粒尺寸达到亚微米级,MgB2晶粒连结性较好,制备多芯线材在4.2 K,5 T时,其Jc仍高达3×104 A/cm2。     

19芯MgB2/NbCu/Monel超导线材的制备及性能研究

为了提高多芯MgB₂超导线材的强度并避免加工过程中的断芯、断线现象,实验中采用强度较高的梦乃尔合金(Monel 400)作为外包套材料,以原位法粉末装管工艺(in situ PIT)制备了19芯导体结构的多芯MgB₂超导线材。二次集束组装后的多芯复合线材通过拉拔、轧制和中间退火热处理相结合的方法从Φ25 mm加工到Φ1.0 mm。对加工过程不同阶段的多芯复合线材进行了微观结构分析,发现多芯线材中MgB₂芯丝分布较为规整,Nb阻隔层表面较为光滑,未出现明显破损现象。最终Φ1.0 mm的多芯线材中MgB₂超导芯丝的平均直径约为100 μm。热处理后MgB₂线材的抗拉强度和屈服强度分别达到396 MPa和200 MPa。MgB₂线材的临界电流密度在4.2 K、4 T时达到1.23×10₅ A.cm_-2。     

Bi-2223超导线材的发展

高温超导材料发现以来，人们的焦点集中于电力应用的高温超导线材。这种线材不仅需要有高传输电流特性，而且还必须性能均匀有足够长度。显然，目前采用的粉末套管(PIT)技术，在几年之后有可能制备出具有一定品质的长Bi-2223线材。PIT技术包括一系列的塑性变形工艺，如旋锻、拉拔、平辊轧制和压制。PIT技术重要的一点是使片状的Bi-2223化合物粉末在变形过程中产生取向(织构)性，片状晶粒在加工中得到排列。Bi-2223相在热处理和机加工过程中形成。通过2次热-机加工循环，在短线上可使临界电流密度达到40kA/cm2(77K，自场)。但对于长带…     

MgB2超导线材的开发和超导磁体的应用

MgB2超导线材的开发 MgB2超导材料是2001年1月由日本科学家发现的，它是一种比较简单的Mg与B的化合物，其超导转变温度Tc非常高。自从发现以来世界各国都十分重视其实用化研究，现已试制成功长度超过1km的MgB2超导线材。MgB2线材制造方法当前最实用的认为是金属管内原料粉充填加工法（Powder-In-Tube（PIT））。     

混合粉末对先位法MgB_2超导带材性能的影响

将掺杂纳米C或SiC的预烧结粉与镁粉和硼粉进行混合作为先位(ex-situ)粉末套管法(Powder-In-Tube)的填充粉末,制备出MgB2/Fe超导带材。结果表明,掺杂纳米C或SiC样品的临界转变温度均比未掺杂样品的低1.5K左右。纳米C或SiC样品的临界电流密度(Jc)均得到了极大的提高。且在4.2K,8T下,掺杂纳米C样品的Jc最高,约为104A/cm2,比未掺杂样品以及采用商业MgB2制备样品的Jc高约1个数量级。在预烧结过程中纳米C或SiC中的C对B位的有效替代所产生的晶格畸变以及晶粒连接性的提高可能是掺杂样品的Jc提高的主要原因。     

TiC掺杂12芯MgB2线材微观结构以及超导电性

采用PIT工艺,以分步法粉末为装管前驱粉,选用中心铜铌复合棒增强的导体结构制备了TiC掺杂MgB2多芯线材,研究了不同热处理温度对于粉末相组成、线材的微观结构以及超导电性的影响,结果表明分步法粉末能够有效提高C原子的取代水平,同时芯丝中MgB2晶粒尺寸达到亚微米级,MgB2晶粒连结性较好,制备多芯线材在4.2K,5T时,其Jc仍高达3×104A/cm2。     

初始多芯组合结构对NbTi/Cu超导线集束拉拔芯丝不均匀变形的影响

基于ABAQUS软件平台对NbTi/Cu多芯复合超导线集束拉拔过程进行有限元模拟,研究了多芯组合体坯料在集束拉拔过程中芯丝的不均匀变形规律及受力规律,分析了初始多芯组合结构对芯丝不均匀变形的影响。结果表明,在集束拉拔成形过程中,NbTi/Cu多芯组合体最外层芯丝变形后截面呈现不规则形状,中心芯丝及各内层芯丝截面形状趋于正六边形;由于多芯组合体边角轴上的位移约束作用显著,位于最外层边角位置的芯丝形状畸变程度最大,各内层芯丝中,位于边角轴部位的芯丝形状畸变程度要大于同层其他位置的芯丝,而优化初始多芯组合结构,能有效减小芯丝间的位移约束作用,改善芯丝的变形均匀性,提高复合超导线的临界电流密度值。     

等通道挤压后镁合金的微观结构研究

对Mg-6Zn-IGd-0．6Zr合金在预热温度为350、400、450℃下进行了2、4、6道次的挤压。采用光学显锻镜和透射电子显微镜分析了试样ECAP变形前后的显微组织变化，采用显维硬度计对Mg-6Zn-1Gd-0．6Zr合金ECAP变形前后进行了硬度测试，采用X-射线分析法分析了ECAP变形过程中晶面的转动。结果表明：ECAP不仅能够将晶粒细化到纳米级，而且能够提高材料的硬度；Mg-6Zn-IGd-0．6Zr合金ECAP变形后晶粒内部出现高密度位错．促进动态再结晶，对细化晶粒起着重要的作用。     

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。     

挤压态AZ91D镁合金的微观组织及其超塑性

研究了挤压态镁合金在280～400℃和1×10-4～1×10-1s-1的超塑性流变行为。结果表明,热挤压可以明显减小AZ91D镁合金的晶粒尺寸;在340℃、1×10-4s-1的变形条件下,其最大伸长率达到487%,应变速率敏感指数m可达0.51。挤压态AZ91D镁合金超塑性变形的主要机制为晶界滑移机制。通过光镜和扫描电镜(SEM)观察了AZ91D镁合金超塑性变形前后的微观组织和断口形貌及其拉伸断裂机制。     

固定挤压垫挤压技术及其有限元结构分析

本文综述了固定挤压垫挤压技术。在国内首先采用有限元进行固定挤压垫结构分析,通过计算分析提供出固定挤压垫的整套设计方法。对固定挤压垫的计算机辅助设计及其与有限元的结合进行了初步探讨。