超导材料的制备与加工教学PPT课件.ppt

* c) 青铜法 极细的多芯线材比带材的超导电状态稳定，可以适应快速的磁场变化 化合物V3Ga和Nb3Sn的极细多芯材的Tc、Hc2比Nb-Ti合金高两倍，可显著提高各种超导机器的性能 青铜法:利用Cu的扩散制造难加工的 极细多芯线材和空心导线 2.2 超导材料的制备与加工 * 首先熔炼出含15-20at%Ga的Cu-Sn固溶合金，然后将许多Nb芯插入Cu-Sn管中进行复合，把复合体抽成细丝，然后细丝线集中后放入铜管中，之后低温压出，然后在600-650℃下进行热处理，即在Nb-Sn表面形成Nb3Sn层。 Cu-Sn合金 Nb Nb3Sn 残余Nb Cu-Sn合金 面缩加工 中间退火 扩散反应 2.2 超导材料的制备与加工 * 2.2 超导材料的制备与加工 * Nb芯材 Cu/Cu-Sn Nb/Nb3Sn Ta屏蔽层 Cu稳定层 核聚变超导线圈用Nb3Sn多芯超导线材 2.2 超导材料的制备与加工 * V3Ga极细多芯材横断面 （外径0.36mm，55×6） 2.2 超导材料的制备与加工 * 2.2 超导材料的制备与加工 d）原位合成法 将Nb或者V粉末混入Cu中，经过熔炼后，可制成Cu-Nb、Cu-V合金。经拔丝加工后，可以制成线材，然后在表面上涂敷Sn或者Ga，进行扩散处理，可以制成具有不连续纤维状的Nb3Sn或V3Ga线材。 Nb3Sn或V3Ga的层与层之间的距离较短，由于近接效应，确保了超导电性，并且由于是纤维状，线材较细，而且强度很高。 * B层间插入Mg 原子的六方结构 MgB2特点： ◆ Tc=39K◆ 原料价格低 ◆ 线材加工技术简单 ◆ 不象高温超导材料 那样存在着晶粒间 的弱连接 （2） MgB2超导线材 2.2 超导材料的制备与加工 * Mg粉末 B粉末 混合 Mg、B 混合粉末 装入金 属管内 封焊 挤压 拉拔 热处理 MgB2 超导材料 轧制 a) 原位法 2.2 超导材料的制备与加工 * b）先位法 MgB2化 合物粉末 装入金 属管内 封焊 挤压 拉拔 热处理 MgB2 超导材料 轧制 2.2 超导材料的制备与加工 * MgB2 超导线圈 2.2 超导材料的制备与加工 * 2.2.3 高温氧化物超导材料 氧化物超导材料特点： ◆ Tc77K ◆ ABO3型钙钛矿结构 ◆容易在晶界处产生非超导相 2.2 超导材料的制备与加工 * (1) 高温氧化物超导材料的合成技术 气相法 → 膜厚很薄，故能通过的总的电流值不高 → 成膜速度很低 → 需要带状基板 不 足 2.2 超导材料的制备与加工 在带状基板上，采用物理的或化学的方法，形成晶体取向一致的薄膜。 * 液相法 →只能制造体材，不适于制造线带材 →由于高温下材料的不稳定性，使得制备过程 不易控制和实现 →加工效率较低，难以实现大批量生产 不 足 2.2 超导材料的制备与加工 将氧化物超导粉末压制成块状体材并烧结，然后将体材加热到材料固相线温度以上，使熔融体定向凝固成一定形状的体材样品。 * 固相法 由于氧化物粉末中碳化物的存在，使得烧结后易出现离子偏聚，杂相多，颗粒粗，且粉末化学活性降低，目前已很少使用。 不 足 2.2 超导材料的制备与加工 将构成超导材料的氧化物或碳酸盐粉末按一定比例混合，进行预烧结合成。经合成后的超导材料可以进行后续加工。 * 2.2 超导材料的制备与加工 * (2) 高温氧化物超导材料的加工技术 2.2 超导材料的制备与加工 陶瓷成形，临界电流密度在103A/cm2以内 带铸和增塑挤压，临界电流密度在102A/cm2以内 金属包覆加工，临界电流密度能达到7.2×104A/cm2，因此被认为是最适于制造氧化物超导线带材的加工方法 （以上超导条件是：77K，零磁场） * 原材料 混合 预烧结 研磨 研磨 粉碎 金属包覆 粉末 预形坯 烧结体 超导芯材 拉拔 轧制 挤压 旋锻 金属包覆法制备氧化物超导线带材 2.2 超导材料的制备与加工 * 金属包覆法工艺特点 包覆材料通常为银。由于其化学惰性使得即使在高温下长时间烧结也不会与超导粉末发生化学反应。 银具有良好的塑性，便于进行塑性变形加工。 缺点是强度较低，不利于超导粉末的致密。 * 工艺制备要点 晶粒间的弱连接会影响临界电流密度，因此应具有有利于超导电流传输的织构组织，改善晶粒间结合性能。 多芯超导线材比单芯的超导电状态稳定，可适应快速的磁场变化，因此，目前的主流是多芯线材。 线材断面形状由矩形扩大到了圆形、角形及异形断面。 2.2 超导材料的制备与加工 * ※ Bi系超导线带材的加工 循环 工 艺 流 程 氧化物超导材料均具有层状晶体结构，特别是Bi系超导材