卷繞法Nb-Al線材的常規(guī)擴(kuò)散法工藝研究.pdf

1、全超導(dǎo)磁約束熱核聚變能發(fā)電技術(shù)，是人類未來可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略能源技術(shù)選擇之一。目前由多國參與的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)對于解決未來能源危機(jī)具有重要意義。而超導(dǎo)磁體系統(tǒng)是ITER裝置的關(guān)鍵，尤其是應(yīng)用于ITER計(jì)劃的“D”型超大結(jié)構(gòu)線圈要產(chǎn)生約13T的峰值磁場，這就要求線圈材料必須具備很好的超導(dǎo)特性并且能夠耐受住超高磁場的輻照。目前，由于大量運(yùn)用的Nb3Sn線材的抗應(yīng)力應(yīng)變性能較差，增加了線圈制備難度和成本，國際上都在尋找與其結(jié)構(gòu)

2、相似、性能更優(yōu)的超導(dǎo)磁體材料予以替換，相比于Nb3Sn，Nb3Al具有更高的上臨界場Hc2(＞30T，4.2K)、臨界電流和更好的抗應(yīng)力應(yīng)變特性，所以Nb3Al正是目前熱門研究的替代磁體材料之一。
　　本文第一章主要介紹了超導(dǎo)材料的相關(guān)知識(shí)，包括超導(dǎo)材料的定義、特性、分類及參數(shù)表征，并對Nb3Al的研究背景和意義進(jìn)行了簡要的講解，同時(shí)也簡要介紹了擴(kuò)散法原理，包括Nb3Al超導(dǎo)體的擴(kuò)散機(jī)制與發(fā)展現(xiàn)狀，并展示了目前國際上對Nb3Al超

3、導(dǎo)材料的主要應(yīng)用和一些熱門的制備方法及其研究成果。
　　第二章主要對卷繞法前驅(qū)線材的制備方法進(jìn)行了詳細(xì)講解，并且介紹了實(shí)驗(yàn)中所要用到的相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和表征儀器。具體包括管式爐、高溫?zé)崽幚頎t、金相拋光機(jī)、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和磁性測量系統(tǒng)(PPMS，MPMS)等。
　　第三章主要探索了低溫?cái)U(kuò)散法工藝對制備卷繞法Nb3Al線材的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，在低溫?cái)U(kuò)散法工藝下能形成具有超導(dǎo)性能的Nb3Al線材，并且當(dāng)燒結(jié)溫度在800

4、-900℃區(qū)間時(shí)能夠獲得具有相對較高瓦的超導(dǎo)線材。同時(shí)在對樣品進(jìn)行燒結(jié)時(shí)間優(yōu)化實(shí)驗(yàn)后還發(fā)現(xiàn)在較短時(shí)間(3h-15h)燒結(jié)的情況下，燒結(jié)溫度的高低對樣品磁性號(hào)強(qiáng)度的影響很大，這說明此時(shí)燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間還沒有達(dá)到相對平衡狀態(tài)。而在較長時(shí)間(20h-30h)燒結(jié)的情況下，燒結(jié)溫度的高低對磁性能的影響不是特別明顯，說明此時(shí)燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對樣品磁性能的影響已經(jīng)處于相對平衡的狀態(tài)。最終，通過對樣品磁性能的分析得出低溫?cái)U(kuò)散法制備卷繞法Nb3Al

5、超導(dǎo)線材的最佳工藝參數(shù)為900℃燒結(jié)24h，其超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度為15.1K。
　　第四章主要研究了高溫?cái)U(kuò)散法工藝對制備Nb3Al線材的影響。當(dāng)溫度高于1400℃時(shí)能夠獲得性能優(yōu)于低溫?cái)U(kuò)散法處理的樣品，并且溫度越高，獲得的Tc就越接近標(biāo)準(zhǔn)值。文中主要對1400℃、1450℃、1500℃三個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出，在1400℃燒結(jié)時(shí)，最佳的燒結(jié)時(shí)間為12h，此時(shí)獲得的Tc為15.8K;在1450℃燒結(jié)時(shí)，最佳的燒結(jié)時(shí)間為3h，