不同热处理制度对NbTiTa超导线材性能的影响

通过调整超导线材的最终附加应变、时效热处理时间和时效热处理温度3个参数来提高NbTiTa超导线材的Jc性能。在法国国家高场实验室通过标准四引线法,在4.2K、0～11T的磁场中测量了线材的临界电流。结果表明,适度升高时效热处理温度、延长时效热处理时间、增加最终附加应变,有益于提高NbTiTa超导线材的临界电流密度。经4次时效热处理385℃×(40～70)h,最终附加应变从2.5增加到3.5,Φ1.25mm超导线材的Jc在4.2K、8T下达到777A/mm2,与国外文献报道的Jc值相当。

Nb、Ti、Ta扩散行为对NbTiTa超导线材制备的影响

研究了经过1000℃/10h热处理的Nb/Ti、Nb/Ta、Ti/Ta扩散偶样品所形成合金层的成分分布,以及Ti/Ta扩散偶经过850℃、700℃、550℃、400℃5h热处理后淬火与随炉冷却形成的TiTa合金微观组织的区别,并研究了复合体中Nb片、Ti片、Ta的排列方式对NbTiTa超导线材微观结构和扩散工艺的影响。

芯丝中Ta分布对NbTiTa超导线材性能的影响

用Nb47Ti片和Ta片制备NbTiTa/Cu超导线材,在三次热挤压和热处理后NbTiTa超导线材的芯丝中Ta成豆状和条带状,Ta和Nb47Ti间的互扩散很小。在NbTiTa超导芯丝中α-Ti钉扎中心成条带状,厚度为5～10nm,间距为20～50nm,讨论了α-Ti钉扎中心的尺寸和间距对磁通钉扎效果的影响。结果表明,当温度降到3.0K时NbTiTa/Cu超导线材在高场中的临界电流密度反映出Ta在芯丝中作为非超导相依然能够起到提高线材的上临界场和高场中临界电流密度的作用。不同直径的NbTiTa/Cu超导线材的临界电流密度表明,较大的最终附加应变对临界电流密度的提高具有重要意义,如果进一步减小线材的直径,线材的临界电流密度可以继续提高。

用Nb、Ti、Ta片制备NbTiTa超导线材工艺的研究

用Nb片、Ti片和Ta片制备NbTiTa/Cu超导线材,在加工初始阶段将3种片材在复合体中按…TiNbTaNbTi…的周期排列,然后进行三次挤压。分析了经挤压后该复合体的组织及其断口形貌,测量了经扩散热处理后的临界电流密度。研究表明,在挤压过程中,Nb片、Ti片和Ta片之间发生了成分扩散,但是这种成分扩散不能形成钉扎相和超导相,经合适的扩散热处理后,NbTiTa线料可获得高的临界电流密度。

高临界电流密度NbTiTa/Cu超导线材

将Nb片、Ti片、Ta片在Cu包套中按照周期的次序…TiTaNbTaTi…排列,然后通过真空焊封、热等静压、热挤压制成61芯NbTiTa/Cu复合体,对复合体在700、600、500℃进行扩散热处理,最后进行减径加工得到准0.2mm的NbTiTa/Cu超导线材。在500℃扩散处理后,61芯NbTiTa/Cu超导线材在4.2K的临界电流密度(磁场强度)为5290.29A/mm2(3T),3782.14A/mm2(4T),2865.8A/mm2(5T),1882.65 A/mm2(6T),达到国外传统工艺NbTiTa/Cu超导线材临界电流密度的较高水平。在600℃扩散处理的NbTiTa/Cu超导线材的临界电流密度很低,主要是由于扩散温度高,芯丝的成分趋于均匀,从而缺乏α-Ti磁通钉扎中心所致。

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4.2K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,φ1.0mm的超导线材Jc在4.2K、8T下,超导性能达到791A/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。

SiC掺杂对MgB_2/Fe超导线材临界电流密度和显微结构的影响

利用原位粉末套管法制备出SiC微粉掺杂的MgB2-x(SiC)x/2/Fe(x=0.00、0.05、0.10、0.20)超导线材。在750℃,流通高纯氩气的条件下热处理1h后,大部分SiC没有参与取代B位的反应。随着x的增大,线材中非超导相SiC和Mg的含量增加,MgB2的平均晶粒尺寸变小,从而使可作为磁通钉扎中心的晶界的面积相应增加。在外加磁场中,MgB2超导线材的临界电流密度(Jc)随x增大逐步升高,至x=0.10时Jc性能最好,其在6K,5T时的Jc达到了8480A/cm2,比未掺杂线材的Jc高出约70%。但是,当x=0.20时,Jc却有所下降。Jc的这种变化规律与SiC掺杂引起的MgB2晶粒变小,以及非超导相物质含量之间的相互平衡有关,其中MgB2晶粒变小是Jc提高的主要原因。

超导线材短样测试装置测量系统

介绍了自行研制的超导线材短样测试装置的实时测量系统,包括温度、压力、液位、电流、电压降测量5个方面。该系统基于计算机和MCGS组态软件,选用合适的传感器和测量方法,采用A/D数据采集卡实现超导线材短样测试装置数据的实时显示和记录。测量系统具有操作简便、运行可靠等优点,已经通过与超导线材短样测试和超导磁体失超等实验,给出实验结果。这些结果表明,测量系统能满足超导线材短样测试装置的各项数据测量要求。该系统实现了低温测量和电量测量的有机结合,其成功研制为应用超导低温制冷系统的数据采集提供了参考。

不同幅值过电流下的高温超导线材失超发展过程

对高温超导材料的失超特性的研究是超导电力科学技术中的重要课题 ,为此 ,本实验室进行了大量的实验工作。在此基础上 ,文中整理了部分高温超导实验数据 ,对其进行分析和归纳总结 。

高场磁体用Nb_3Al超导线材研究进展

Nb3Al超导体的超导转变温度(Tc)和上临界磁场(Hc2)与Nb3Sn类似,但具有更好的应力应变容许特性和高场临界电流密度(Jc)。因此,被认为是下一代高场磁体应用的理想材料。目前国际上报道的Nb3Al超导线材单根长度可以达到2.6 km;在4.2 K和15 T条件下,Jc达到1 000 A/mm2;但是由于制备工艺的复杂性,目前仍然无法实现大规模工业化应用。首先阐述了Nb3Al超导材料的基本特性,如Nb/Al扩散间距小、二者硬度匹配性小和低温热处理导致Al含量偏离化学计量比等,以及由此带来的材料加工和热处理方面的难点;系统介绍了近年来针对Nb3Al超导长线性能提升,在前驱体制备工艺、热处理工艺和表面覆Cu工艺方面的研究进展,并对不同的工艺进行了比较分析,重点讨论了线材制备过程中存在的关键性难点问题;最后,对Nb3Al超导材料的发展趋势进行了展望。

NbTiTa超导体的特性与发展

介绍了NbTiTa超导体的加工工艺,与NbTi相比较讨论了NbTiTa超导体微观组织、临界电流密度、上临界场的特点。根据已获得的研究成果预测了NbTiTa超导体可能的发展方向。

高温超导线材临界温度测量

本文介绍采用实用高温超导线材为样品的高温超导实验 ,该实验采用四点法和互感法两种方法同时测量样品临界温度 ,这样既有超导体零电阻特性又有超导体完全抗磁性的实验结果 ,样品架上安装两个测温传感器 ;铂电阻和Si二极管 ,这可使学生了解导体、半导体P N结、超导体的电阻温度特性 .实验对于学生了解超导体特性。

粉末套管法制备碳掺杂MgB2线材及其超导电性

采用原位粉末套管法制备了无定形碳掺杂MgB2/Nb/Cu超导线材。利用扫描电镜、输运法测试和磁测法等手段分析了无定形碳掺杂对超导线材的微观结构和超导电性的影响。结果表明,无定形碳掺杂降低了线材的临界转变温度,但可以显著提高超导线材的临界磁场和临界电流密度,750℃处理线材在20K下的不可逆场达到5.2T。实验结果表明,采用无定形掺杂原位粉末套管法可以制备出具有高临界电流密度的MgB2线材。

Ag-Bi高温超导线材转变温度的测量

介绍了 Bi系银包套高温超导线材的电阻温度特性 ,用测电阻和电磁感应两种方法分别测量了材料的超导转变温度 ,电磁感应法测量曲线上台阶的出现表明材料中 Bi(2 2 2 3)和 Bi(2 2 12 )两相的存在。

实用型高T_c超导YBCO线材及器件的研究

陶瓷线材成型的关键之一是选择合适的增塑剂。本研究表明,十八烯-9-酸,即油酸是高T_CYBCO超导粉末成型的优良增塑剂。ESR谱及IR谱均证实油酸在常温时能与YBa_2Cu_3O_(7-δ)中的Y,Ba,Cu的离子反应,同时生成油酸铜配合物等有机盐,高温烧结后可全部分解挥发,在增塑挤压线材中掺入3wt-％-5wt-％的Ag粉,对缓解Y系超导体水解,长时间稳定J_C,降低线材表面电阻等方面起到良好效果。优化线材成型工艺使线材J_C达到800～1000A/cm^2,可满足弱电应用要求。在解决了挤压线材的焊接问题后,已初步试制成R.F.SQUID简易闭合磁通变换器以及小天线。

片层法制备的NbTiTa/Cu超导体在3.0、4.2K的临界电流密度

将钛片、铌片和钽片在铜包套中按…TiTaNbTaTi…次序周期排列,通过4次挤压制成NbTiTa/Cu超导复合体,然后对复合体交替进行拉拔减径和时间分别为40、50、60、70 h的时效热处理。在3.0、4.0 K下随着最终附加应变的增加,NbTiTa/Cu超导线材的临界电流密度显著提高;在3.0 K、11 T磁场中,1.25 mm直径线材的临界电流密度为350 A/mm2,表明采用片层法制备的NbTiTa/Cu超导线材具有高的上临界场。

高Tc超导陶瓷线材高温可加工性的研究

本文对高Ｔｃ超导陶瓷线材的高温可加工性进行了系统的研究，结果发现铋系陶瓷线材具有较好的可焊接性和高温可塑性。通过ＣＯ２激光加热和烷氧焰加热，可以使铋系超导陶瓷线材熔融而焊接在一起，焊点经过退火处理后基本上可以恢复原有的超导性；当温度高于７００℃时，铋系陶瓷线材可以弯绕；如果温度高于７８０℃，铋系陶瓷线材在自身重力作用下而拉伸，但钇系陶瓷线材的高温可加工性能则很差。

低损耗Cu5Ni基NbTi超导线材制备技术研究

重离子装置中的加速器磁体均服役在±2.25T/s的快速脉冲磁场条件下,因此要求该种磁体所用的超导线材具有较高的临界电流密度(Jc)和较低的交流损耗。针对项目需求,设计及制备了2种新型结构的NbTi/Cu5Ni超导线材,芯数分别为12960芯和10800芯,铜比2.0,芯丝直径小于5μm。系统研究了2种新型结构超导线的芯丝截面形貌、芯丝表面形貌、磁滞损耗(Qh)及不同时效热处理下的临界电流密度和n值。通过优化工艺后获得了Jc(5T,4.2K)为2902A/mm^2,Qh(4.2K,±3T)为34.2mJ/cm^3的NbTi/Cu5Ni超导长线,为重离子装置的研制提供材料基础。

B_(10)C掺杂MgB_2/NbZr/Cu线材的超导性能研究

通过原位法粉末装管工艺制备了B10C掺杂的MgB2/NbZr/Cu超导线材。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、PPMS测试仪等测试手段检测了样品的成相情况、微观结构以及超导电性。结果显示该掺杂对MgB2/NbZr/Cu超导线材的磁通钉扎性能及临界电流密度有一定的影响:750℃/2h的热处理制度能够使C元素成为有效磁通钉扎中心,线材的磁通钉扎性能和超导电性均有所提高。20K时,MgB2/NbZr/Cu超导线材的不可逆磁场Hirr达到5.2T;在20K、2T外磁场条件下,其临界电流密度达到2×104A/cm2。

快速加热和冷却法制备的极细多芯Nb_3A1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比的Nb3A1极细多芯线材的方法用四探针法测定试样的临界温度为17K，用Splitpair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扎力与所加磁场符合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，外推得到临界温度的计算值与实测值基本一致．