超導(dǎo)電工材料Nb3Al的制備工藝及性能研究.pdf

1、超導(dǎo)電技術(shù)是21世紀(jì)具有極大發(fā)展?jié)摿蛷V闊市場前景的高新技術(shù)之一，而Nb3Al超導(dǎo)材料便是這一領(lǐng)域當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。上世紀(jì)70年代末，科研人員就已證實(shí)Nb3Al在高磁場下具有非常高的臨界電流密度Jc和良好的應(yīng)變力，其作為一種可替代Nb3Sn在高場下大規(guī)模應(yīng)用的超導(dǎo)材料，在電力系統(tǒng)、熱核聚變、超導(dǎo)磁懸浮列車、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。然而，目前制約Nb3Al超導(dǎo)材料大規(guī)模應(yīng)用的主要因素是復(fù)雜而且成本高昂的制備技術(shù)。
　　本論

2、文正是以圍繞探索低成本、高性能、實(shí)用化、易推廣的Nb3Al制備工藝為研究目標(biāo)，同時(shí)深入研究了鈮基超導(dǎo)材料Nb3Al豐富的電、磁性能。文中主要涉及開發(fā)出了采用高能球磨制備Nb3Al超導(dǎo)材料的技術(shù)及其工藝優(yōu)化問題，以及化學(xué)元素?fù)诫s對(duì)Nb3Al晶體結(jié)構(gòu)、形貌和超導(dǎo)電性的影響。此外，本論文對(duì)采用高能球磨原位粉末裝管法制備的Nb3Al超導(dǎo)線材，與高溫?cái)U(kuò)散法和快熱快冷法(RHQT)制備的Nb3Al線材的超導(dǎo)性能進(jìn)行了詳細(xì)比較和深入研究。
　　

3、第1章主要對(duì)本論文的課題研究背景及意義、研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡明扼要的論述。同時(shí)，本章節(jié)對(duì)當(dāng)今世界科研領(lǐng)域中超導(dǎo)材料的研究狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的綜述，包括超導(dǎo)電性概述及超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展。此外，本章節(jié)重點(diǎn)調(diào)研了Nb3Al超導(dǎo)體的研究現(xiàn)狀，及目前尚且存在的問題。其中，著重調(diào)研了制備Nb3Al超導(dǎo)體的技術(shù)路線和目前傳統(tǒng)的制備方法，以及各種制備工藝各自存在的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
　　第2章主要對(duì)本論文所采用的實(shí)驗(yàn)方法和表征手段進(jìn)行了闡述。實(shí)驗(yàn)方法

4、方面，詳細(xì)介紹了Nb3Al超導(dǎo)材料制備的幾種方法，包括(RHQT)快熱快冷法，擴(kuò)散法及高能球磨法。表征手段方面，對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、電磁性能表征的方法進(jìn)行了介紹。
　　第3章重點(diǎn)探索了高能球磨法制備高性能Nb3Al超導(dǎo)材料的技術(shù)關(guān)鍵以及工藝優(yōu)化的主要因素。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合機(jī)理分析，探究了球磨原料初始化學(xué)計(jì)量比、球磨時(shí)間、樣品燒結(jié)溫度和時(shí)間等對(duì)Nb3Al純樣晶體結(jié)構(gòu)、形貌以及超導(dǎo)性能的影響。其中，經(jīng)工藝優(yōu)化后制備的Nb3Al樣品

5、，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc=15.7 K;在溫度為4.2 K，外加磁場為7T的條件下，其超導(dǎo)臨界電流密度Jc仍然高達(dá)6.3×104 A/cm2;超導(dǎo)上臨界磁場Hc2(0)=28.1 T。
　　第4章主要研究了化學(xué)元素Ge、Sn摻雜對(duì)Nb3Al超導(dǎo)材料超導(dǎo)電性的影響。采用高能球磨法，成功制備了Ge和Sn摻雜的Nb3(Al1-xGex)和Nb3(Al1-xSnx)樣品。重點(diǎn)研究了球磨原料初始化學(xué)計(jì)量比中Ge、Sn摻雜含量、樣品燒結(jié)溫度對(duì)Ge

6、、Sn摻雜的Nb3(Al1-xGex)和Nb3(Al1-xSnx)超導(dǎo)樣品晶體結(jié)構(gòu)、形貌及超導(dǎo)電性的影響。其中，經(jīng)優(yōu)化后制各的Nb3(Al1-xGex)樣品的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc=17.7 K;在溫度為4.2 K及磁場為7T的條件下，其超導(dǎo)臨界電流密度Jc=8.3×104 A/cm2。整體超導(dǎo)性能有了顯著提升。
　　第5章著重研究了Mg和Ir的元素?fù)诫s效應(yīng)。深入探究了Mg和Ir摻雜在改善Nb3Al超導(dǎo)材料機(jī)械加工性能的同時(shí)，對(duì)Nb3A

7、l超導(dǎo)材料超導(dǎo)電性的影響。采用高能球磨法，分別成功制備了Mg和Ir摻雜的Nb3(Al1-xMgx)和Nb3(Al1-xIrx)樣品。結(jié)合理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了深入分析，重點(diǎn)探究了球磨原料初始化學(xué)計(jì)量比中Mg和Ir摻雜含量對(duì)Nb3(Al1-xMgx)和Nb3(Al1-xIrx)樣品晶體結(jié)構(gòu)、形貌及超導(dǎo)電性的影響。
　　第6章重點(diǎn)從比較不同制備工藝對(duì)Nb3Al線材性能的影響方面，對(duì)改善機(jī)械合金化Nb3Al超導(dǎo)性能進(jìn)行了深入研究。采用