Nb/Al界面扩散反应过程研究及Nb3Al线材加热装置的预研

摘要

在Nb/Al二元相图中，共存在三种金属间化合物，分别是NbAl3、 sigma-Nb2Al和A15-Nb3Al。由于具有高的高温强度、高熔点、高的杨氏模量、极好的抗氧化性和较低的密度，Nb/Al金属间化合物经常作为耐高温结构材料引起人们的注意。但对于Nb/Al，人们更关注的是，它同时是一种极具应用潜力的A15结构超导材料，具有一些其他A15超导材料所不具备的优良性能:1）较高的临界转变温度Tc，2）高的上临界场Hc2(＞30T，4.2K)，远高于Nb3Sn的21T;3）优良的高场性能;4）更好的应变抗力，相比于商业化的Nb3Sn超导体，机械应力应变对Nb3Al的性能影响很小。因此，Nb3Al被认为是在高场应用，如ITER计划、高能粒子加速器、千兆赫兹级核磁共振分析等领域，可替代Nb3Sn的超导材料之一。
　　本文第一章简要概述了超导材料的发展、基本特性、分类及表征、A15结构化合物超导体的发展，Nb3Al超导材料的研究意义、研究现状和研究前景。
　　第二章主要回顾了国内外Nb3Al超导材料的制备方法，包括线材、薄膜及粉末等。并对本论文中样品的试分析过程中用到的实验仪器及其测试原理进行了说明。
　　第三章重点介绍了七芯Nb/Al前驱体线的拉拔过程。在较宽的温度范围内(700-1500℃)采用等温热处理的方法研究了七芯Nb/Al前驱体线在其界面处的扩散反应过程。研究发现:700℃/48h时Nb/Al在其界面处反应只生成NbAl3反应层;(800-900)℃/48h时，Nb∶Al≈1∶1反应层开始出现，据分析，该反应层是NbAl3、Nb2Al和Nb的混合层;1000℃/48h时Nb∶Al≈1∶1反应层几乎消失，厚度约2μm的Nb2Al反应层开始出现;并且随着热处理温度的升高，Nb2Al反应层厚度增加;1400℃以上开始出现偏离化学计量比的Nb3Al反应层，这是由Nb/Al相图所决定的。
　　第四章重点介绍了自主RHQ热处理装置的设计工作。在日本RHQ热处理装置的基础之上，我们认真地分析了超导Nb3Al长线制备时引起断线的原因，重新定义了该装置的工作参数和功能要求，进行了走线装置，加热装置淬火装置的重新设计，为该装置的应用打下了坚实的基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 超导材料的两个基本特性

1．2．1 零电阻特性

1．2．2 完全抗磁性

1．3 超导材料的分类及表征

1．3．1 超导材料的分类

1．3．2 超导材料的表征

1．4 Nb3Al超导材料的研究背景及意义

1．5 Nb3Al超导材料的研究现状

1．5．1 Al5结构金属间化合物超导体

1．5．2 LRO对Al5结构金属间化合物超导体超导性的影响

1．5．3 趋于化学计量比的方法和Nb／Al相图

1．5．4 Nb3Al超导体发展现状

1．6 本文工作及结构

第2章 样品的制备与表征

2．1 制备方法

2．1．1 Nb3Al薄膜的制备

2．1．2 机械合金化法制备Nb3Al粉末

2．1．3 实用性Nb3Al线材的制备

2．1．4 Nb3Al材料其他制备方法

2．2 分析测试方法

2．2．1 表面形貌—扫描电子显微镜

2．2．2 综合物性测量系统

2．3 本章小结

第3章 套管法Nb3Al前驱线中Nb／Al截面扩散反应过程

3．1 引言

3．2 实验过程

3．3 结果与分析

3．4 本章小结

第4章 RHQ热处理装置的预研

4．1 引言

4．2 基于加热方式的考虑

4．3 改进RHQ装置的设计要求

4．4 总体布局

4．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文