卷繞法Nb-Al線材的常規(guī)擴散法工藝研究.pdf

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

2、相似、性能更優(yōu)的超導磁體材料予以替換，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力應變特性，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材料的相關知識，包括超導材料的定義、特性、分類及參數(shù)表征，并對Nb3Al的研究背景和意義進行了簡要的講解，同時也簡要介紹了擴散法原理，包括Nb3Al超導體的擴散機制與發(fā)展現(xiàn)狀，并展示了目前國際上對Nb3Al超

3、導材料的主要應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線材的制備方法進行了詳細講解，并且介紹了實驗中所要用到的相關實驗設備和表征儀器。具體包括管式爐、高溫熱處理爐、金相拋光機、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擴散法工藝對制備卷繞法Nb3Al線材的影響。通過研究發(fā)現(xiàn)，在低溫擴散法工藝下能形成具有超導性能的Nb3Al線材，并且當燒結溫度在800

4、-900℃區(qū)間時能夠獲得具有相對較高瓦的超導線材。同時在對樣品進行燒結時間優(yōu)化實驗后還發(fā)現(xiàn)在較短時間(3h-15h)燒結的情況下，燒結溫度的高低對樣品磁性號強度的影響很大，這說明此時燒結溫度和燒結時間還沒有達到相對平衡狀態(tài)。而在較長時間(20h-30h)燒結的情況下，燒結溫度的高低對磁性能的影響不是特別明顯，說明此時燒結溫度和燒結時間對樣品磁性能的影響已經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擴散法制備卷繞法Nb3Al

5、超導線材的最佳工藝參數(shù)為900℃燒結24h，其超導起始轉變溫度為15.1K。
　　第四章主要研究了高溫擴散法工藝對制備Nb3Al線材的影響。當溫度高于1400℃時能夠獲得性能優(yōu)于低溫擴散法處理的樣品，并且溫度越高，獲得的Tc就越接近標準值。文中主要對1400℃、1450℃、1500℃三個溫度點進行了對比實驗，實驗得出，在1400℃燒結時，最佳的燒結時間為12h，此時獲得的Tc為15.8K;在1450℃燒結時，最佳的燒結時間為3h，