A nióbium-titán szupravezető ötvözet technológia fejlődése és piaci alkalmazása

A nióbium-titán szupravezető ötvözeteket az 1950-es években kezdték el tanulmányozni az amerikaiak, és kezdetben nem fejlesztették ki és gyártották őket gyorsan, mivel nagy áramsűrűségeket nem sikerült elérni a nagy terekben. 1961-re az amerikaiak Ham (JK Halm) és mások az ország "Physical Review" kiadványában először számoltak be a Tc nióbium-titán szupravezető ötvözetről. 1962-ben az amerikaiak Berlincounrt (TG Berlincounrt) és mások voltak az elsők, akik kiadtak egy nióbium-titán szupravezető Hc2 ötvözetet magas Jc-vel, ugyanebben az évben az amerikaiak Mathias (BT Mathias) az amerikai szabadalomban az első nióbium- titán szupravezető anyagú mágnes. Azóta a nióbium-titán szupravezető ötvözet anyagok a nemzetközi alkalmazás a fejlesztési szakaszban.

A nióbium-titán szupravezető ötvözetek az egyik leggyakrabban használt szupravezető anyag a meglévő szupravezető technológiában. A közel 1:1 tömegarányú Nb-Ti ötvözet jó szupravezető képességgel rendelkezik, szupravezető kritikus átmeneti hőmérséklete Tc=9.5K, folyékony hélium hőmérsékleten üzemeltethető, 5T (50,{{8) }} Gs) mágneses mező, az átviteli áramsűrűség Jc nagyobb vagy egyenlő, mint 105A / cm2 (4,2K); a mező legmagasabb alkalmazása 10T (100,000 Gs) (4,2K)-ig. Az ötvözet kiváló feldolgozási teljesítménnyel is rendelkezik, hagyományos olvasztási, feldolgozási és hőkezelési eljárással nyerhető szupravezető huzal- és szalagtermékekkel. Ezért a 60-as évektől a kutatás kezdete után hamarosan belépett az ipari léptékű termelésbe. Az Egyesült Államok a 70-es évek végén éves termelése elérte a száz tonnát; Kína a 80-as években körülbelül ugyanebben az időben kísérleti gyártósort is épített. A legtöbb gyakorlati Nb-Ti szupravezető anyag egyszerű bináris ötvözet, amely 35-55% Nb-t tartalmaz; némi tantál és cirkónium hozzáadható a szupravezető tulajdonságok javítására. A szupravezetés stabilitása miatt az Nb-Ti szupravezető anyagok általában tiszta rezet, tiszta alumíniumot vagy réz-nikkel ötvözetet használnak mátrixanyagként, az Nb-Ti finom mag kombináció több szálába beágyazva egy kompozit többmagos szupravezető anyagokba. Egy szupravezető huzal több tucat-tíz Nb-Ti magszálat tartalmazhat, a legkisebb mag átmérője 1 μm. Ezen túlmenően, felhasználása szerint a különböző alkalmakkor, de gyakran meg kell csavarni a többmagos vezetéket és az átültetést, hogy elérjék a veszteségcsökkentést és növeljék az elektromágneses Nb-Ti szupravezető anyagok stabilitását az alapvető feldolgozási folyamatban : az önfelhasználású ívkemence vagy plazmakemence tiszta titánból és nióbiumból készül, amely ötvözött tuskóba olvad, majd a tuskó forró extrudálása, forró hengerelt és hidegen húzott rudak, melegen hengerelt és hidegen húzott rúd. Meleghengerléssel és hidegen rudakra húzással; majd az oxigénmentes rézcsőbe alapanyagként behelyezett Nb-Ti ötvözet rudak, kompozitból egymagos rúd; és több kompozit összeszerelés után többmagos Nb-Ti szupravezető huzallá és szalaggá feldolgozás. Az anyagot többszörös nagy hidegfeldolgozásnak (a feldolgozási sebesség több mint 90%) és alacsony hőmérsékletű (400 fok alatti) öregedési hőkezelésnek kell alávetni, hogy a szupravezető elegendő hatékony rögzítési központot kapjon, és javítsa a szupravezetés szupravezető tulajdonságait. anyagokat. A szupravezetők zéró ellenállásának köszönhetően nem hoznak létre joule-os hőveszteséget, az erős mágneses térben lévő Nb-Ti szupravezetők pedig nagyon nagy szállítóáram-képességet hordozhatnak, így az Nb-Ti szupravezető anyagok különösen alkalmasak terepen történő alkalmazásra. nagy áramerősség, erős elektrotechnikai mágneses tér. Ilyenek például a nagy térerejű mágnesek, generátorok, villanymotorok, mágneses folyadék áramtermelés, szabályozott termonukleáris reakciók, energiatároló eszközök, nagy sebességű mágneses lebegő vonatok, hajók elektromágneses meghajtása és erőátviteli kábelek. Napjainkig az Nb-Ti ötvözetből készült szupravezető anyagok legsikeresebb alkalmazásai a következők: 1 km-nél nagyobb átmérőjű nagy ciklotron nagyenergiájú gázpedálok és az orvosi szektorban széles körben használt mágneses rezonancia képalkotó diagnosztikai műszerek. Bár a tudósok a közepén felfedeztek egy réz-oxigén vegyületből álló, magas hőmérsékletű szupravezetőt, amely folyékony nitrogén hőmérsékleten (77 K) képes működni; azonban az Nb-Ti ötvözetből készült szupravezető anyagok egyedülálló kiváló feldolgozási teljesítményükkel, jó alacsony hőmérsékletű szupravezető tulajdonságukkal, viszonylag alacsony költséggel és több évtizedes kutatási, gyártási és alkalmazásfejlesztési tapasztalatukkal, a nióbium-titán ötvözetek még mindig a világ legfontosabb gyakorlati szupravezető anyagai. .