应变对Nb_3Sn股线临界特性退化影响

为应对12 T以上的磁场影响,国际热核聚变反应堆ITER和国内CFETR装置上环向和中心螺线磁体系统已采用Nb3Sn材料;而低温下临界温度和分流温度是超导体稳定运行的重要因素,由于缺乏应变效应对临界温度和分流温度影响的研究,为此,本研究利用模拟应变作用的周期载荷,对Nb3Sn超导股线样品的临界温度和分流温度进行了测试以及数值模拟计算,分析获得扭距等作用使临界温度和分流温度随模拟应变载荷周期退化的结果。同时,推导分流温度随周期载荷变化的双对数分布模型,模型可以描述股线样品中由周期载荷导致的弯曲应变所产生的股线性能降级情况。     

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。     

应变对Nb3Sn多芯股线载流能力的影响

采用Pacman弹簧装置测量了4.2 K,12 T条件下Nb3Sn多芯股线的Ic-ε特征曲线.材料轴向应变变化范围在-0.9%-+0.6%.通过偏量比例模型模拟了材料临界电流Ic随应变状态的变化规律.研究了轴向应变条件下超导材料载流能力(Ic)的衰退和Ig V-lg I曲线斜率n值的变化,通过临界电流随轴向应变的变化规律比较了不同制备工艺Nb3Sn股线的轴向应变敏感性.     

ITER Nb_3Sn及NbTi超导线扭距测量方法比较与分析(英文)

国际热核聚变反应堆ITER磁体采用的Nb3Sn及Nb Ti超导线为多丝扭绞结构。作为超导线设计和应用的重要参数,股线扭距及扭转方向必需满足ITER要求,并且该性能参数须进行复验。根据ITER PA要求,股线的扭距大小为15 mm±2 mm,扭转方向为右向。超导线扭距及扭转方向测试可以通过在一小段直的样品上判断其超导丝分布规律或者其超导丝的角度得到。这里描述和比较了多种不同的测试方法。对不同方法的测试精度,不确定度以及可行度进行了分析,同时提出了针对ITER超导股线扭距复验的推荐方法。     

Comparison and Analysis of Twist Pitch Length Test Methods for ITER Nb3Sn and NbTi Strands

国际热核聚变反应堆ITER磁体采用的Nb3Sn及NbTi超导线为多丝扭绞结构。作为超导线设计和应用的重要参数,股线扭距及扭转方向必需满足ITER要求,并且该性能参数须进行复验。根据ITER PA要求,股线的扭距大小为15 mm ± 2 mm,扭转方向为右向。超导线扭距及扭转方向测试可以通过在一小段直的样品上判断其超导丝分布规律或者其超导丝的角度得到。这里描述和比较了多种不同的测试方法。对不同方法的测试精度,不确定度以及可行度进行了分析,同时提出了针对ITER超导股线扭距复验的推荐方法。     

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.     

STRAIN EFFECT ON TRANSPORT PROPERTIES OF Nb3Sn MULTIFILAMENT STRANDS PREPARED BY INTERNAL TIN ROUTE

采用Pacman弹簧装置测量了4.2 K, 12 T条件下Nb₃Sn多芯股线的I_c--ε特征曲线. 材料轴向应变变化范围在-0.9%---+0.6%. 通过偏量比例模型模拟了材料临界电流I_c随应变状态的变化规律. 研究了轴向应变条件下超导材料载流能力(I_c)的衰退和lg V--lg I曲线斜率n值的变化, 通过临界电流随轴向应变的变化规律比较了不同制备工艺Nb₃Sn股线的轴向应变敏感性.     

周期电磁载荷下Nb3Sn导体耦合损耗计算模型

在国际热核试验反应堆ITER上,已采用铌三锡(Nb3Sn)复合股线来满足导体遭受12T以上的磁场冲击,但Nb3Sn运行时的洛伦兹力会导致临界电流和耦合损耗时间常数的变化,但Nb3Sn基CICC (cable-in-conduit conductor)性能退化研究还有待加强,而且应变下接触特性对耦合损耗时间常数的影响也仍在探索中。为了快速精确计算耦合损耗,本文提出新的最小二乘法计算耦合损耗时间常数的方法,它采用绞缆序列比、电磁载荷应变作用下的接触电阻和空隙率等参数的线性关系来表示。在该模型中,不仅给出绞缆序列比的计算表达,而且也给出电磁载荷周期应变下接触电阻和空隙率的经验计算。与Gandalf及传统的数值计算相比,本文采用的绞缆序列比、接触电阻和空隙率组合计算耦合损耗误差较小,非常接近工程测试值。     

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。     

Influence of Nb Diffusion Layer on Superconductivity of MgB2/Nb/Cu Wires

采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT),以Nb/Cu复合管作为包套材料制备了MgB2超导线材并且在氩气保护气氛中,不同温度条件下保温2h进行成相热处理。分别采用电阻-温度测试、磁矩转变测试、临界传输电流测试以及Nb-MgB2界面磁光研究等分析手段进行研究。结果表明:当热处理温度高于750℃时,在MgB2超导芯丝和Nb阻隔层之间形成一个扩散层,该扩散层的存在阻碍了电流的传输,从而导致在磁测法测试中可以检测到超导相存在,而在传输法测试中无法看到超导传输现象。说明采用Nb作为MgB2超导线带材的扩散阻隔层时其热处理温度不能高于750℃。     

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。     

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。     

FECR超导离子源磁体六极模拟线圈的Mirror结构设计及测试

中国科学院近代物理研究所自主研制运行于45GHz的第四代高电荷态ECR超导离子源,该离子源磁体的核心之一是Nb3Sn六极线圈。为了测试单体六极线圈经过绕制、热处理、环氧浸渍等一系列工艺过程后,电磁性能是否达到设计指标,设计了能够一定程度上模拟六极磁场及其应力分布的Mirror测试结构。由于Mirror结构在室温装配过程中采用Bladder-Key技术对六极线圈施加预应力,为了能够模拟从室温装配到冷却降温的操作流程、验证Ansys有限元仿真方法与实验结果的一致性,依据六极线圈外形尺寸加工了一个模拟线圈。实验结果表明,铝壳和模拟线圈中心处的应变与Ansys仿真计算结果基本一致,最大误差均在10%以内,验证了结构设计的合理性和仿真结果的可信性。     

微量硼和应变速率对变形TiAl合金室温力学性能的影响

以形变Ｔｉ４７Ａｌ２Ｍｎ２Ｎｂ合金为对象,研究了微量硼合金化和应变速率对ＴｉＡｌ合金室温力学性能的影响。发现添加微量（１．０％,摩尔分数）硼就能有效地细化形变Ｔｉ４７Ａｌ２Ｍｎ２Ｎｂ合金的近全片层组织,显著提高其室温强度,并在一定程度上改善室温塑性;变形ＴｉＡｌ合金不论添硼与否,其室温强度均随应变速率的升高而升高,而延伸率对应变速率不太敏感;微量硼合金化和应变速率对变形ＴｉＡｌ合金室温断裂方式无明显影响。     

钛的电阻钎焊技术研究

研究了Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ－２Ｓｉ和Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ－５Ｓｉ金属间化合物合金的热轧组织与性能,结果发现：随着变形量的增加,两种合金第二相Ｔｉ５Ｓｉ３变得细小且趋向于均匀分布。变形量越大,合金的室温四点弯曲程度越大,含Ｔｉ５Ｓｉ３较多的Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ－５Ｓｉ合金的弯曲强度较高。两种合金的室温弯曲断口形貌均为准解理形式,两相界面结合较强。高温拉伸试验表明：随变形量的增大,Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ－２Ｓｉ合金的拉伸强度和塑性都增加。Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ－５Ｓｉ合金由于变形量较大和较高的强化相体积含量,拉伸强度明显较Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ－２Ｓｉ合金的为高,但塑性却大为降低