微米尺度NbTi超導(dǎo)材料的低溫力學(xué)性能研究.pdf

1、ITER計(jì)劃是我國目前參與最大的國際科研合作項(xiàng)目之一，主要功能是驗(yàn)證和平利用核聚變的可能性。該裝置的實(shí)現(xiàn)原理是通過托克馬克（tokamak）磁體產(chǎn)生巨大磁場以約束高溫等離子體，從而實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)。托克馬克磁體中使用4.5K液氦流冷卻NbT i或Nb3Sn繞制管狀電纜超導(dǎo)體（簡稱CICC導(dǎo)體）。其中微米尺度NbTi單絲是構(gòu)成NbT i/Cu超導(dǎo)復(fù)合絲的主要部分，研究該超導(dǎo)絲的力學(xué)性能成為CICC導(dǎo)體乃至托克馬克磁體結(jié)構(gòu)安全性、功能性

2、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之一。另一方面，微機(jī)電系統(tǒng)、微器件大量采用尺度在微米或亞微米量級的銅絲、金屬薄膜等微尺度材料，這些材料低溫力學(xué)性能的研究將為這種器件的低溫應(yīng)用提供保障，因此針對微米尺度材料的低溫性能研究不論是從面向國家的需求，還是學(xué)科前沿均具有重要的科學(xué)意義。
　　考慮微尺度材料低溫力學(xué)性能測試的需要，在華中科技大學(xué)研制的纖維材料拉伸機(jī)的基礎(chǔ)上自行研制了溫度精確控制的裝置，實(shí)現(xiàn)了微尺度材料在低溫環(huán)境下的力學(xué)性能測試。采用該裝置對不同直徑

3、、不同拉伸速率及不同溫度下微米級銅絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。測試結(jié)果表明，低溫下不同直徑的微米級銅絲有尺度效應(yīng)，然而在常溫下沒有明顯的尺度效應(yīng)。常溫和低溫下5-30mm/min區(qū)間的拉伸速率對微米銅絲的影響不明顯。不同溫度下35μm和50μm銅絲的楊氏模量和抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)出溫度依賴性，抗拉強(qiáng)度和楊氏模量均與溫度變化成線性關(guān)系，但屈服強(qiáng)度隨著溫度變化不明顯。
　　為了研究液氮環(huán)境NbTi超導(dǎo)細(xì)絲的力學(xué)性能，我們另外設(shè)計(jì)了一套在常溫和液氮環(huán)境下微

4、尺度材料拉伸的實(shí)驗(yàn)裝置，采用該裝置對微米尺度不同直徑的NbTi細(xì)絲、兩絲絞線、三絲絞線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。測試結(jié)果表明，微米尺度NbTi細(xì)絲在常溫和液氮環(huán)境下沒有尺度效應(yīng)，從拉伸曲線的初始段和卸載段計(jì)算得到結(jié)果在數(shù)值上變化不大。通過對7μm NbTi細(xì)絲進(jìn)行十次重復(fù)加卸載實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，與拉伸曲線相比有明顯的退化現(xiàn)象。最后，通過對比細(xì)絲絞線結(jié)構(gòu)常、低溫下的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常溫下絞線結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度與單絲相比變化不明顯，而低溫下呈顯著增強(qiáng)趨勢，主要原因是