粉末冶金法制備Nb3Al超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性能研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，自然資源的過渡開發(fā)和利用，世界各國(guó)正面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)，各種新型能源正被迫切的開發(fā)和利用。其中，核聚變能被普遍認(rèn)為是最有前景并且有可能成為解決能源危機(jī)的終極方案。國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆計(jì)劃(簡(jiǎn)稱ITER)即在此背景下提出。作為該計(jì)劃重難點(diǎn)項(xiàng)目之一，超導(dǎo)磁體材料的制備成為各成員國(guó)科研關(guān)注的焦點(diǎn)。由于Nb3Al具有優(yōu)異的超導(dǎo)性能以及突出的抗應(yīng)力應(yīng)變性，將是未來相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇，因此引起了廣泛的關(guān)注。
　　

2、然而，Nb3Al大于1800℃的高成相溫度及單相區(qū)化學(xué)計(jì)量比的偏移給其制備帶來了巨大困難。目前為止，研究較為成熟的制各技術(shù)為RHQT法，即快熱快冷法。該法運(yùn)用一特殊裝置，讓前驅(qū)線材在短時(shí)間內(nèi)迅速升溫達(dá)到高溫相區(qū)，隨后立即淬火使高溫相保留。該方法能有效的克服Nb3Al成相的難題，線材在加熱過程中斷裂和設(shè)備的特殊性也是該方法存在的弊端。
　　在本論文中，針對(duì)上述問題，探究采用粉末冶金法在低溫下制備Nb3Al超導(dǎo)材料。在第一步實(shí)驗(yàn)當(dāng)中我

3、們采用手工研磨法制備Nb3Al，并研究了Sn添加對(duì)成相的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于Nb3Al成相溫度高，低溫手工研磨法無法實(shí)現(xiàn)其成相，只能生成Nb-Al二元體系中十分穩(wěn)定的NbAl3，并且該反應(yīng)的生成結(jié)果對(duì)熱處理?xiàng)l件不敏感。另外，Sn的添加有助于抑制NbAl3的成相，并且在M-T曲線中探測(cè)到了15K左右的非Nb超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。
　　為了達(dá)到在低溫下制備Nb3Al的目的，在第二步實(shí)驗(yàn)中，采用了機(jī)械合金化法。研究結(jié)果表明，高能球磨機(jī)的使用能使

4、原料粉末形成固溶體，從而實(shí)現(xiàn)了在低溫下成功制備Nb3Al超導(dǎo)相。之后進(jìn)行了機(jī)械合金化法制備Nb3Al工藝參數(shù)的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在850-925℃溫度區(qū)間及0.23-0.27的Al組分區(qū)間內(nèi)，能形成純度較高的Nb3Al超導(dǎo)相。從超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc來看，球磨時(shí)間5小時(shí)，熱處理溫度900℃，保溫時(shí)間10小時(shí)，在起始樣品中適當(dāng)增加Al的初始含量有利于提高樣品的超導(dǎo)性能。分析樣品超導(dǎo)性能未達(dá)到理想的可能原因，主要有三個(gè)方面:1、制備過程中引