Nb/Ti复合法NbTi超导体的制备工艺与性能研究

摘要

该文所介绍的Nb/Ti复合法NbTi超导线材的制备工艺,是采用Nb片和Ti片交替配置的方法组配成NbTi复合体,并经扩散反应来制备NbTi超导线材,旨在为缩短NbTi超导体的制备周期、降低制作成本方面提供工艺依据.该文采用多层Nb片与Ti片交替组配的方法,经过热等静压、热挤压、冷拉拔及扩散热处理相结合的工艺手段制备出了三种不同成分的NbTi超导复合线.该工艺与传统NbTi超导线材制备工艺路线的不同之处是,它不必先制作NbTi合金,而是起始于纯Nb和纯Ti.在复合体中通过调整Nb片与Ti片的相对厚度,不同成分的NbTi超导体都可以制作出来.它省去了NbTi通过熔炼而合金化的过程,简化了NbTi超导体的制备工艺环节,减少了NbTi超导体线材的热处理时间,缩短了NbTi超导体线材的制备周期.通过对不同尺寸NbTi复合线断面组织结构的观察,描述了NbTi复合体组织结构的演变过程,随着冷加工的深入,Nb/Ti层的厚度进一步减小,在一定的总加工率范围内,Nb片与Ti片仍然能保持基本平直的状态,而随着总加工率的加大,Nb片与Ti片的片层形貌变为弯曲的带条状,最终能达到纳米尺度的结构形态.通过对Nb片和Ti片制备的扩散偶进行热处理,研究了Nb、Ti的扩散过程,结果表明:在Nb、Ti两种原子参与的固态扩散过程中,Ti原子在Nb基体中的扩散速率要大于Nb原子在Ti基体中的扩散速率.经800℃热处理的超导线,其内部的Nb和Ti互扩散发生的充分,形成了均匀的单相固溶合金,其成分接近于设计的平均成分;而经400℃热处理的超导线,其内部的Nb和Ti经过互扩散形成了具有一定浓度梯度的合金层,并且有富Nb区和Ti富区存在,很难分辨出清晰的超导相和非超导相,后者可以获得比前者更高的Jc值.最后分析了成分、热处理时间及最终附加应变对NbTi超导线临界电流密度的影响.

目录

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第一章绪论

1.1超导材料的研究开发历程

1.2实用性超导材料一NbTi合金

1.2.1 NbTi二元合金相图与合金中的相组成

1.2.2 NbTi合金铸锭的化学成分及均匀性标准

1.2.3 NbTi超导体中存在的缺陷

1.2.4影响实用超导材料性能的主要因

1.3 NbTi超导体的制备工艺

1.3.1 NbTi/Cu多芯超导线的传统制备工艺

1.3.2 Nb/Ti复合法NbTi超导体的制备工艺

1.3.3人工钉扎(APC)NbTi超导体的制备工艺

1.4 NbTi合金超导体的显微组织与性能

1.5 NbTi超导体的磁通钉扎机制

1.6本文的研究内容及意义

第二章Nb/Ti复合法NbTi超导线的制备

2.1样品制备

2.1.1 Nb/Ti复合法制备NbTi/Cu超导线的工艺路线

2.1.2原材料的化学成分及尺寸

2.1.3单芯棒的组配成分

2.1.4Nb/Ti复合体的加工组装

2.2分析与检测

2.2.1临界电流密度的测试

2.2.2金相、SEM观察

第三章NbTi超导线的显微结构分析

3.1前言

3.2 NbTi线横断面的形貌演变

3.3 Nb/Ti复合体的固态扩散与组元成分变化

3.4扩散的微观机制

3.5热处理后的集束多芯线结构观察与分析

3.5.1不同热处理的多芯超导线的显微结构

3.5.2不同最终附加应变与集束多芯超导线显微结构

3.5.3不同成分集束多芯超导线的显微结构

3.6小结

第四章影响Nb/Ti复合体超导线材Jc的因素

4.1前言

4.2 Ti含量对Jc的影响

4.3热处理对Jc的影响

4.4最终附加变形对Jc的影响

4.5磁通钉扎机制的分析

4.6小结

第五章主要结论

参考文献

致谢

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