超導電工材料Nb3Al的制備工藝及性能研究.pdf

1、超導電技術是21世紀具有極大發(fā)展?jié)摿蛷V闊市場前景的高新技術之一，而Nb3Al超導材料便是這一領域當前研究的熱點。上世紀70年代末，科研人員就已證實Nb3Al在高磁場下具有非常高的臨界電流密度Jc和良好的應變力，其作為一種可替代Nb3Sn在高場下大規(guī)模應用的超導材料，在電力系統(tǒng)、熱核聚變、超導磁懸浮列車、軍事、醫(yī)學等領域有著巨大的應用前景。然而，目前制約Nb3Al超導材料大規(guī)模應用的主要因素是復雜而且成本高昂的制備技術。
　　本論

2、文正是以圍繞探索低成本、高性能、實用化、易推廣的Nb3Al制備工藝為研究目標，同時深入研究了鈮基超導材料Nb3Al豐富的電、磁性能。文中主要涉及開發(fā)出了采用高能球磨制備Nb3Al超導材料的技術及其工藝優(yōu)化問題，以及化學元素摻雜對Nb3Al晶體結構、形貌和超導電性的影響。此外，本論文對采用高能球磨原位粉末裝管法制備的Nb3Al超導線材，與高溫擴散法和快熱快冷法(RHQT)制備的Nb3Al線材的超導性能進行了詳細比較和深入研究。
　　

3、第1章主要對本論文的課題研究背景及意義、研究內容和論文結構進行了簡明扼要的論述。同時，本章節(jié)對當今世界科研領域中超導材料的研究狀況進行了系統(tǒng)的綜述，包括超導電性概述及超導材料的研究進展。此外，本章節(jié)重點調研了Nb3Al超導體的研究現狀，及目前尚且存在的問題。其中，著重調研了制備Nb3Al超導體的技術路線和目前傳統(tǒng)的制備方法，以及各種制備工藝各自存在的優(yōu)點和缺點。
　　第2章主要對本論文所采用的實驗方法和表征手段進行了闡述。實驗方法

4、方面，詳細介紹了Nb3Al超導材料制備的幾種方法，包括(RHQT)快熱快冷法，擴散法及高能球磨法。表征手段方面，對材料的晶體結構、微觀結構、電磁性能表征的方法進行了介紹。
　　第3章重點探索了高能球磨法制備高性能Nb3Al超導材料的技術關鍵以及工藝優(yōu)化的主要因素。通過實驗結合機理分析，探究了球磨原料初始化學計量比、球磨時間、樣品燒結溫度和時間等對Nb3Al純樣晶體結構、形貌以及超導性能的影響。其中，經工藝優(yōu)化后制備的Nb3Al樣品

5、，其超導轉變溫度Tc=15.7 K;在溫度為4.2 K，外加磁場為7T的條件下，其超導臨界電流密度Jc仍然高達6.3×104 A/cm2;超導上臨界磁場Hc2(0)=28.1 T。
　　第4章主要研究了化學元素Ge、Sn摻雜對Nb3Al超導材料超導電性的影響。采用高能球磨法，成功制備了Ge和Sn摻雜的Nb3(Al1-xGex)和Nb3(Al1-xSnx)樣品。重點研究了球磨原料初始化學計量比中Ge、Sn摻雜含量、樣品燒結溫度對Ge

6、、Sn摻雜的Nb3(Al1-xGex)和Nb3(Al1-xSnx)超導樣品晶體結構、形貌及超導電性的影響。其中，經優(yōu)化后制各的Nb3(Al1-xGex)樣品的超導轉變溫度Tc=17.7 K;在溫度為4.2 K及磁場為7T的條件下，其超導臨界電流密度Jc=8.3×104 A/cm2。整體超導性能有了顯著提升。
　　第5章著重研究了Mg和Ir的元素摻雜效應。深入探究了Mg和Ir摻雜在改善Nb3Al超導材料機械加工性能的同時，對Nb3A

7、l超導材料超導電性的影響。采用高能球磨法，分別成功制備了Mg和Ir摻雜的Nb3(Al1-xMgx)和Nb3(Al1-xIrx)樣品。結合理論知識對實驗結果進行了深入分析，重點探究了球磨原料初始化學計量比中Mg和Ir摻雜含量對Nb3(Al1-xMgx)和Nb3(Al1-xIrx)樣品晶體結構、形貌及超導電性的影響。
　　第6章重點從比較不同制備工藝對Nb3Al線材性能的影響方面，對改善機械合金化Nb3Al超導性能進行了深入研究。采用