鈮鈦系超導(dǎo)合金(niobium-titanium superconelucting alloys)

現(xiàn)有超導(dǎo)電技術(shù)中，鈮鈦超導(dǎo)合金是用得最多的一種超導(dǎo)電材料。質(zhì)量比近乎l：1的Nb-Ti合金具有良好的超導(dǎo)電性能，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度T_c=9．5K，可在液氦溫度下運(yùn)行，它在5T(5萬(wàn)Gs)磁場(chǎng)下，傳輸電流密度J_c≥10⁵A／cm²(4．2K)；最高應(yīng)用場(chǎng)可達(dá)10T(10萬(wàn)Gs)(4．2K)。合金還具有優(yōu)良的加工工藝性能，可通過(guò)傳統(tǒng)的熔煉、加工和熱處理工藝得到超導(dǎo)線材和帶材制品。因此從60年代開(kāi)始研究后，很快進(jìn)入了工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。美國(guó)在70年代末年產(chǎn)量就達(dá)到了百噸；中國(guó)在80年代前后也建成了試制生產(chǎn)線。實(shí)用Nb-Ti超導(dǎo)材料大多是簡(jiǎn)單二元合金，含35％～55％Nb；可添加部分鉭和鋯來(lái)改善超導(dǎo)性能。由于超導(dǎo)穩(wěn)定性原因，Nb-Ti超導(dǎo)材料常用純銅、純鋁或銅鎳合金作為基體材料，嵌鑲?cè)攵喙蒒b-Ti細(xì)芯組合成復(fù)合多芯超導(dǎo)材料。一根超導(dǎo)線可包含有數(shù)十股至上萬(wàn)股的Nb-Ti芯，芯徑最小達(dá)到1μm。另外，根據(jù)使用場(chǎng)合不同，還常常要把多芯線進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和換位，達(dá)到降低損耗和增加電磁穩(wěn)定性效果。Nb-Ti超導(dǎo)材料的基本加工工藝是：用自耗電弧爐或等離子爐將純鈦和純鈮熔煉成合金錠，后經(jīng)熱擠壓開(kāi)坯，通過(guò)熱軋和冷拉成棒材；再將Nb-Ti合金棒插入作為基體材料的無(wú)氧銅管，復(fù)合成單芯棒；并經(jīng)多次復(fù)合組裝，加工成多芯Nb-Ti超導(dǎo)線材和帶材。需將材料經(jīng)受多次大的冷加工(加工率90％以上)和低溫(400℃以下)時(shí)效熱處理，使超導(dǎo)體獲得足夠的有效釘扎中心，提高超導(dǎo)材料的超導(dǎo)電性能。由于超導(dǎo)體零電阻效應(yīng)帶來(lái)無(wú)焦耳熱損耗的特點(diǎn)，以及Nb-Ti超導(dǎo)體在強(qiáng)磁場(chǎng)下能承載很高輸運(yùn)電流的能力，使Nb-Ti超導(dǎo)材料特別適合在大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的電工領(lǐng)域應(yīng)用。例如：高場(chǎng)磁體、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、磁流體發(fā)電、受控?zé)岷朔磻?yīng)、儲(chǔ)能裝置、高速磁浮列車(chē)、船舶電磁推進(jìn)和輸電電纜等。迄今，Nb-Ti合金超導(dǎo)材料最成功的應(yīng)用是：直徑超過(guò)1km的大型回旋高能加速器和醫(yī)療部門(mén)廣為使用的磁核共振成像診斷儀。盡管80年代中期科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了能在液氮溫度(77K)下運(yùn)行的銅氧化合物高溫超導(dǎo)體；但鈮鈦合金超導(dǎo)材料憑借自身獨(dú)有的優(yōu)良加工成材性能，良好低溫超導(dǎo)電性能，相對(duì)低廉的成本和幾十年研究生產(chǎn)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，鈮鈦合金仍然是當(dāng)今世界最重要的實(shí)用超導(dǎo)電材料。

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