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。     

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     

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。     

磁体用超导材料(Ⅱ)

3　以“内锡法”制取Nb3Sn超导材料以内锡法研制国际热核实验反应堆ITER磁体线圈用Nb3 Sn超导材料 ,在很大程度上使这种类型导线结构的设计原则得到系统化。使超导材料的研究者和生产者可以进一步通过结构的最佳化来显著改善超导材料的性能 ,提高内锡法生产大型磁体用Nb3 Sn超导材料的经济效益。下面将介绍以内锡法制取Nb3 Sn超导材料的最新进展。研制了实验用复合超导线 (见图 4 )。这种导线的结构参数列于表 1。这种超导线中有 7个多纤维模块 ,其周围的锡源置于钽扩散阻隔层中 ,阻隔层带有外置稳定化铜。超导纤维含有 2 %Ti (原子分…     

UPS电源用Nb3Sn超导磁储能器

为了改善电力供应的质量 ,可以利用超导电性。近来工业发达国家的研究小组正在开发相关的设备 ,如超导磁储能系统(SMES) ,飞轮储能系统 (FES) ,限流器以及地下传输电缆等。高性能青铜工艺Nb3Sn超导线不仅可以用来制作紧凑的高场磁体系统 ,而且因为它的超导转变温度为 18 3K ,所以可以在 10K左右的温度下工作。目前 ,新型制冷机的制冷功率在 10K时可以达到10W左右。 10K比Nb3Sn的工作温度 4 2K高出一个数量级。最近 ,芬兰塔姆佩尔(Tampere)技术大学设计制作并测试了一台 0 2兆焦耳传导冷却的Nb3SnSMES。实验中使用了青铜工艺Nb3S…     

高磁场磁体用高温超导复合线

美国超导器件公司(Superconductive Component nc.)与美国能源部签定了一份项目合同,评估低成生产高磁场磁体用千米长铋-锶-钙-铜氧化物BSCCO)2212超导复合线的可行性。所绕制的超磁体用于核磁共振成像。这项小规模商业性创新究计划的第二阶段目标是调整BSCCO2212粉的度分布,改     

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。     

内扩散法Nb3Sn多芯线材的磁化特性研究

研究了内扩散法Ｎｂ３Ｓｎ多芯线材随温度和磁场变化的磁化曲线及磁化率,绘出了磁化量－磁场－温度（Ｍ－Ｈ－Ｔ）的三维临界曲面,归一化后的磁化曲线基本符合Ｋｒａｍｅｒ拟和方程。计算得到的Ｎｂ３Ｓｎ多芯线材有效直径比芯线的原始几何尺寸要大,其原因在于微观结构中存在着“桥梁”,分析表明,多余的磁滞损耗来自于“桥梁”。交流磁化率和Ｘ’和Ｘ″在给定频率和背景磁场下,随交流振幅的变化很小,在给定交流振幅下,随交流     

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。     

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。     

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.     

Microstructure evolution of Nb3Sn superconductors during diffusion treatment by bronze route

The element diffusion process of Nb3Sn superconductors by bronze route was studied using X-ray diffraction,scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy.The critical current of superconductors was measured by four-point method.The results show that a diffusion layer has formed around the boundaries between the filaments and bronze matrix after 15 h heat treatment.The diffusion layer thickness keeps stable after heat treatment duration of 50～75 h.The stable and solid Nb3Sn layer is obtained in the sample after 100 h heat treatment.Excessive heat treatment would induce superconductivity degeneration because of superconductor grain coarsening.The characteristics of the element diffusion process were discussed.The diffusion of tin atom is the governing factor in diffusion.In this study,Nb3Sn superconductors with good superconducting property were fabricated successfully at 670 ℃ after 100 h heat treatment.     

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。     

SPS熔铸工艺制备Nb/Nb5Si3原位复合材料

以Nb,Si粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术,原位合成了密实的Nb/Nb5Si3复合材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等手段对材料的组织结构进行了分析,并探讨了材料的结构形成机制。结果表明,合成的材料由近球状的Nb颗粒与Nb-Nb5Si3共晶组织组成;SPS过程中产生的放电等离子体使Si粉及Nb颗粒的表面熔化,熔融的Nb和Si在冷却过程中发生共晶反应而形成Nb-Nb5Si3共晶体,而未反应完的Nb颗粒则均匀分布在共晶组织中     

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。     

6流中间包流场的数值模拟优化

采用CFD软件FLUENT对6流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了6流中间包内的流场特征,以及有无C型挡墙的加入,中间包内流场的变化情况。模拟结果表明,C型挡墙的加入使6流中间包各流的流动更加均匀,有利于钢液温度和成分的均匀;C型挡墙的加入使6流中间包近流的平均停留时间增加,利于夹杂物的上浮去除。     

多孔Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金表面活性次级微孔涂层的制备及其成骨性能

为提高多孔医用钛合金的生物活性,以实现快速骨整合,首先利用微弧氧化法在多孔Ti3Zr2Sn3Mo25Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层,并通过水热处理在此涂层表面生成羟基磷灰石.通过XRD、SEM和EDS分析了活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征,通过接触角测试试验对比研究了TLM合金表面改性前后的亲水性变化,并进一步通过动物试验检测了表面活性次级微孔涂层改性后多孔TLM合金的成骨性能.结果表明,微弧氧化处理可在多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层,水热处理后次级微孔层的亲水性增强,且具有良好的成骨诱导性能.