超導(dǎo)材料低溫力學(xué)實(shí)驗(yàn)及多場性能測試儀器原型機(jī)研制中的若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著大科學(xué)工程裝置的快速發(fā)展，超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)及其相關(guān)設(shè)備呈現(xiàn)出大型化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、高載流與高儲能等特點(diǎn)。超導(dǎo)材料及其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，磁場、溫度、電流是三個(gè)相互制約的主要臨界態(tài)參量，在復(fù)雜多場環(huán)境下如何優(yōu)化超導(dǎo)材料的臨界狀態(tài)，使得超導(dǎo)材料與結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定運(yùn)行，是超導(dǎo)結(jié)構(gòu)與工程應(yīng)用關(guān)注的熱點(diǎn)基礎(chǔ)問題。由于超導(dǎo)磁體與結(jié)構(gòu)運(yùn)行于大變電流、強(qiáng)變磁場、極低溫/變溫等復(fù)雜多場環(huán)境，多物理場間的相互影響與作用導(dǎo)致超導(dǎo)材料基本物性參數(shù)發(fā)生本質(zhì)的變化，單純

2、基于單一溫度場下的材料結(jié)構(gòu)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)通常難以滿足高品質(zhì)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的研發(fā)要求。因此，在極端多物理場環(huán)境下，開展各類實(shí)用超導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)表征與檢測方法，以及多場測試儀器平臺的研制均具有極為重要的科學(xué)與工程意義。
　　本學(xué)位論文運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室已研發(fā)成功的低溫/變溫(77K~室溫)超導(dǎo)材料力學(xué)性能測試系統(tǒng)，開展了超導(dǎo)材料的低溫力學(xué)性能與溫度的依賴關(guān)系的測試，并發(fā)展了極端環(huán)境下的應(yīng)變測試方法；進(jìn)一步地，介紹了自主研發(fā)設(shè)計(jì)的無液氦4.

3、2K多物理場耦合測試系統(tǒng)原型機(jī)及其核心部件的研制及優(yōu)化情況，并對該系統(tǒng)最終的各項(xiàng)功能的調(diào)試結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試與分析等。
　　1、開展了低溫環(huán)境下超導(dǎo)材料力學(xué)變形的基本測量方法研究。在低溫環(huán)境下超導(dǎo)材料變形低溫應(yīng)變片和光纖測量方法介紹的基礎(chǔ)上，開展了高溫超導(dǎo)帶材的埋入式光纖測量方法的研究，建立并完善了低溫環(huán)境下應(yīng)變片測量和布拉格光纖光柵測量技術(shù)的溫度補(bǔ)償方法?；趦煞N低溫下的應(yīng)變測試方法實(shí)現(xiàn)了部分超導(dǎo)材料低溫環(huán)境下的變形實(shí)驗(yàn)測量和對

4、比性研究，并詳細(xì)給出了低溫環(huán)境下的應(yīng)變測試實(shí)驗(yàn)誤差分析以及降低誤差的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)改進(jìn)技巧等。
　　2、建立了一種基于熱應(yīng)變的低溫環(huán)境下超導(dǎo)絲材/帶材的低溫區(qū)的熱膨脹系數(shù)測試新方法并實(shí)施了實(shí)驗(yàn)研究。從低溫/變溫下超導(dǎo)材料的熱應(yīng)變測量出發(fā)，采用低溫下力學(xué)拉伸方式建立了一種超導(dǎo)材料熱膨脹系數(shù)的測試方法，并對低溫超導(dǎo)材料NbTi/Cu，Nb3Sn/Cu及Bi2212/Ag高溫超導(dǎo)材料的熱膨脹系數(shù)測試結(jié)果進(jìn)行了分析及討論，相關(guān)結(jié)果與已有文獻(xiàn)

5、中基于物理方法的測量結(jié)果吻合良好。
　　3、系統(tǒng)測試了各類現(xiàn)有已進(jìn)入工程應(yīng)用的超導(dǎo)材料低溫溫區(qū)下的力學(xué)性能，并初步建立了部分超導(dǎo)材料力學(xué)參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。主要是基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的低溫/變溫測試平臺開展了較為系統(tǒng)的測試工作，首先進(jìn)行了若干典型超導(dǎo)材料在低溫/變溫環(huán)境下的力學(xué)性能測試及結(jié)果討論，進(jìn)而從測試樣品準(zhǔn)備、重復(fù)性驗(yàn)證測試、對照性測試等先后完成了多達(dá)41種不同芯絲、銅超比的超導(dǎo)材料的低溫區(qū)(77K-室溫)的力學(xué)性能。經(jīng)過匯總和集成，

6、形成了初步的材料低溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫，這對于超導(dǎo)材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)際工程應(yīng)用中選材和性能優(yōu)化等方面具有重要的指導(dǎo)意義。
　　4、參與開展了低溫-電磁多場性能測試儀器原型機(jī)的研制工作和若干關(guān)鍵技術(shù)研究工作，實(shí)現(xiàn)了部分核心子系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，以及完成了原型機(jī)各項(xiàng)功能和性能的調(diào)試。對于研制的極低溫-電磁多場性能測試儀器的研發(fā)思路及各子系統(tǒng)做了簡要介紹，針對原型機(jī)研制過程中的兩個(gè)核心子系統(tǒng)部件——低溫真空箱體及冷屏和大電流加載超導(dǎo)引線