青铜法MF-Nb_3Sn线中的冷收缩应力及其对超导性能的影响

本文研究一种典型的青铜法MF-Nb_3Sn线和该线经化学除去青铜基体后的MF-Nb_3Sn在不同流体静压下的超导性能.发现由于青铜基体与Nb_3Sn的冷收缩量不同,Nb_3Sn芯受到的冷收缩应力约为10.5kbar.应力使Nb_3Sn的超导性能退化,文中讨论了有关物理问题.     

多芯Nb_3Sn的结构和性能

用扫描电镜和光学显微镜研究了“青铜法”制作的多芯Nb_3Sn的结构.观察了Nb_3Sn的晶粒形貌及复合线的断口形貌.测量了不同热处理制度下的Nb_3Sn层厚度、晶粒度及导体的临界电流.讨论了它们之间的关系.研究了固态扩散时产生的Kirkendall孔洞及其对导体机械性能的影响.     

计算多芯Nb_3Sn扩散层厚度的数学模型

本文对94组用青铜法制备的多芯Nb_3Sn扩散层厚度的实测数据,在TQ-16型电子计算机上进行逐步回归分析,得到了一个计算多芯Nb_3Sn扩散层厚度的最优回归模型 式中y——Nb_3Sn层厚(μm) x_1——热处理时间(hr/100) x_2——热处理温度(℃/100) x_3——青铜基体锡含量(Wt.％×100) x_4——青铜基体与铌芯的体积比 x_5——复合线中铌芯直径(mm) x_6——复合线中铌芯数目(芯数/100)该回归模型的复相关指数R=0.969,剩余均方差σ=0.263(μm),F检验值为110.模型高度显著,可用于预测与控制.文中还讨论了根据该模型寻求形成Nb_3Sn的最佳热处理制度区域问题.为材料工作者提供了选择工艺参数的依据.     

热处理对青铜法制作的多芯Nb_3Sn超导体的影响

本文研究了热处理对实用多芯Nb,Sn超导体的影响.在(650—750℃热处理时,Nb_3Sn层厚度Y与时间t可用Y∞t~(72)关系表示,这里0.130≤n≤0.195.多芯复合材料在热处理过程中,Cu-Sn基体中Sn量消耗显著地影响Nb_3Sn生长速率,考虑了这一因素的Nb_3Sn生长动力学修正公式能对实验结果进行解释.700℃热处理10—100小时,Nb_3Sn品粒尺寸是热处理时间的一个函数。晶粒大小随热处理时间增长而增大,并且∞t~m,m=0.205.对于锡青铜基体与铌比值分别为1.84和3.05的两种导体,在700℃热处理时,其临界电流是热处理时间的一个函数.I_c(t)中最大值取决于Nb_3Sn层增厚和晶粒度长大的综合效果.T_c随热处理时间增长和温度升高而峪有提高.这大概与Nb_3Sn层化学计量比有关.     

Nb_3Sn超导磁体的设计与制作

本文介绍了用BASIC程序计算螺线管超导磁体的磁场和磁场均匀度。根据磁场均匀度的不同要求,给出复合磁体系统中内磁体的几何尺寸及所需线材。实例给出的是采用多芯Nb_3Sn复合导体制作螺线管磁体的工艺及某些测量结果,对于Nb_3Sn磁体的制作具有普遍适用性。     

富Sn法制备多芯Nb_(3)Sn超导复合线的研究

采用Nb管和富Sn的铜锡合金之间的内扩散法制备了33和55芯的多芯Nb_3 Sn超导复合线.研究了Nb_3Sn反应扩散热处理(600—850℃,1—250hr)和添加元素In对Nb_3Sn反应扩散层的厚度、晶粒大小和超导性能的影响.结果表明:阶梯升温扩散热处理有利于晶粒细化,添加元素In提高了Nb_3Sn反应扩散层平均生长速率与Nb_3Sn晶粒长大速率之比值.55芯Nb_3(SnIn)复合线全电流密度J_c(4.2K,6T)约为7.3×10~4 Acm~(-2)     

一种新型的铜稳定多芯Nb_3Sn超导材料——用Nb-P青铜代钽作扩散阻挡层的研究

本文介绍了一种新型的铜稳定多芯Nb_3Sn超导材料。即用价格便宜的Nb-P青铜代替钽作扩散阻挡层制备的铜稳定多芯Nb_3Sn超导材料。此材料成本低,易于加工且超导性能良好,为绕制高场磁体提供了合适的导体。文中对用Nb-P青铜代T_a作扩散阻挡层的可能性进行了研究,并作了有关的微观结构分析,还提供了高场临界电流的测试数据.在10万G的磁场下,J_c(青铜加铌)=9.65×10~4A/cm~2,可与国内外同类产品相比。     

多芯粉末冶金工艺制备高临界电流Cu-Nb_3Sn线材

通过一种多芯粉末冶金工艺制备Cu-Nb_3Sn线材,是改善这种具有准连续Nb_3Sn纤维超导体的一种途径。研究结果表明,这种多芯导体具有高的临界电流密度,特别是在场强低于14T的情况下。对于反应前为Cu-38wt％Nb的85芯导体,Jc在4.2K下达到1.1×10~5A/cm~2(在11T下),7.6×10~4A/cm~2(在12T下)和6.0×10~3A/cm~2(在16T下)。通过多芯粉末冶金工艺制备的Cu-Nb_3Sn导体,Kramer函数J_c~(1/2)H~(1/4)在高场区是J_c的线性函数。H_(c2)~*大约17.1T.机械性能优异于青铜法制备的导体。本文报道导体的制备工艺、超导性能、热处理和显微结构对J_c的影响。     

Nb3Sn-Nb3Sn低电阻接头制作及装置分析

制作性能良好的Nb_3Sn-Nb_3Sn低电阻超导接头是Nb_3Sn超导体及相关高场磁体实现工程应用关键技术之一。主要介绍了青铜法Nb_3Sn-Nb_3Sn线材低电阻超导接头制作工艺及所需装置结构,同时仿真分析了装置是否满足后续实验要求。分析结果表明,当施加120.33 N力时,该装置结构保持稳定,产生微小形变符合预期,满足实验要求。为后续制作性能优良低电阻超导接头实验提供坚实技术支持。     

Nb/Nb_3Sn复合超导材料的高压电子显微镜观察

用1000kV高压电子显微镜观察了单芯和多芯Nb/Nb_3Sn复合材料的显微组织,看到了由Nb_3Sn/Nb_3Sn晶粒重叠而成的叠栅图和Nb基体/Nb_3Sn晶粒重叠而成的叠栅图。     

添加元素Ti对多芯Nb／Cu挤压管法Nb3Sn超导性能的影响

采用多芯 Nb/Cu 挤压管法制备的多芯 Nb_3Sn 超导复合线,研究了添加元素 Ti 对 Nb_3Sn反应层生长动力学及超导性能的影响.添加元素 Ti 明显提高了 Nb_3Sn 反应层生长速率.T_c值提高0.3K,H_c_2(O)提高到大约29T.在4.2K、15T 和20T 脉冲背景场下(脉冲上升时间t=10ms),J_c(Nb_3Sn)值分别达4.4×10~4A/cm~2和3.3 ×10~4A/cm~2.     

多股Nb_3Sn超导小磁体的研制

多股Nb_3Sn复合导体具有高的电磁和热的稳定性以及低的交流损耗等特点,引起人们广泛的重视。 我系超导材料组1972级部分工农兵学员和教师与有关研究所协作,一起研制了多种形式的多股Nb_3Sn复合导体,并用“先绕制后扩散”和“先扩散后绕制”二种工艺,绕制了小型超导磁体,获得了初步的良好结果。     

Nb_3Sn超导材料的高场钉扎行为

本文利用线性回归分析法处理扩散和气相沉积Nb_3Sn带材样品以及青铜法多芯Nb_3Sn线材样品在高场(～22T)下的临界电流测试数据,得到J_c-B曲线和钉扎力随磁场变化的经验规律。该规律与Kramer模型的钉扎力公式不一致,有待提出新的理论模型加以说明。     

NbTi-Nb_3Sn混合超导磁体Nb_3Sn芯磁体的研制

采用掺 Ti 铌管法(NbTi)_3Sn 导体以及“不均匀电流密度绕组设计”,“先绕制后反应”和“环氧真空浸渍”等技术制造的 Nb_3Sn 磁体适合用作 NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置的 Nb_3Sn芯磁体,其高场性能优异,体积小、重量轻、容许励磁速度快,承受失超能力强,所研制的净孔为28.5mm(重2.5kg)、30.3mm(重3.0kg)和41mm(重3.95kg)的 Nb_3Sn 磁体分别成功地用于工作中心磁场 14T,12T 和11T 的NbTi-Nb_3Sn 混合超导磁体装置.     

高场磁体用多芯Nb_3Sn超导线的制作与性能

近十年来,人们对多芯Nb_3Sn超导复合导体(以下简称导体)进行了大量的研究,结果表明:在制作工艺上,采用青铜固态扩散或外部涂锡扩散方法均是可行的;在超导性能方面,这种导体材料的载流能力目前已达到J_c=1×10~4A/cm~2(4.2K,12T)的水平,可以满足受控装置、高能物理及超导电机的要求。近期,有待进一步弄清楚的主要问题是建立导体在使用中所承受的应力-应变与载流能力退化之间的关系。     

柔性Nb_3Sn超导微型电缆

本文报导了一种新型实用Nb~3Sn超导材料。它是含有6根多芯Nb_3Sn复合线(φ0.14mm)和1根中心增强钼丝(φ0.16mm)的7股单层微型电缆(φ0.45mm)。其最佳性能如下:T_c=17.7K;H_(c2)=24.9T(4.2K);16T下的J_c( 青铜+Nb_3Sn+Nb)=260A/mm~2(4.2K);许用弯曲直径为20mm,室温下许用拉伸应力高达392MPa,且能多次复绕,其超导性能不退降。其内径为40mm的试验磁体与12.8T背场组合,中心磁场达到14.52T。它是制作小型高场超导磁体的优良材料。     

青铜法Nb_3Sn超导线材的性能优化研究

采用青铜法工艺制备了Nb_3Sn超导线材,研究了不同的结构设计、中间退火温度、成相热处理制度等对线材性能的影响.实验结果表明,具有相同的青铜/NbTa体积比而芯丝直径不同的线材,芯丝尺寸在合理范围内越小,临界电流密度越高;使用Ta阻隔层的线材的磁滞损耗有大幅下降,但其加工性能较之Nb阻隔层要差;低的退火温度在改善青铜加工硬化的同时减少了Nb_3Sn超导相预反应生成量,线材性能较高.     

Nb_3Sn超导相的微观组织表征与Sn扩散的研究

CICC导体作为45T混合磁体外超导磁体的重要绕制材料,其所用的超导股线是由牛津公司提供的RRP法制备的高临界电流Nb_3Sn超导线材。由于Nb_3Sn超导相为典型的A15结构,其塑性非常差,所以在实际工程应用当中,往往是采用先绕制线圈,然后对绕制好的线圈进行热处理,进而生成Nb_3Sn超导相。因此,热处理制度的合理制定对于Nb_3Sn超导相的微观组织结构和超导性能具有非常重要的意义。为了验证热处理故障对超导磁体性能的影响,研究制定了三种不同的热处理制度,利用SEM方法对其生成的Nb_3Sn超导相进行微观组织的表征,通过EDS分析Sn元素的扩散;结合Ic值和RRR值的测定结果,对比分析不同热处理制度对Nb_3Sn股线微观组织与性能的影响。     

合金元素对Nb_3Sn生长动力学的影响

研究了合金元素Zr对Cu-Sn/Nb界面上Nb_3Sn生长动力学的影响。实验表明:在单芯复合材料中加入Zr显著提高了Nb_3Sn层的生长速率,层厚与时间的关系显著超过抛物线规律。这些结果不能仅用内氧化生成的ZrO_2颗粒使晶粒细化来解释,还必须考虑ZrO_2颗粒周围过饱和空位使扩散系数增大等因素。在多芯复合材料中热处理时Cu-Sn基体中Sn量的消耗,显著影响Nb_3Sn的生长。考虑了这一因素的Nb_3Sn生长动力学修正公式能对实验结果进行解释。     

Ti对Nb管富Sn法多芯Nb_3Sn超导转变温度T_c的影响

利用电阻法和电感法分别测量了不掺Ti和不同掺Ti量的一组Nb管富Sn法多芯Nb_3Sn样品的超导转变温度T_c,结果表明,掺Ti提高多芯Nb_3Sn T_c的主要原因是掺Ti以后改善了Nb_3Sn的冷收缩应力。