Niobi-titaani-suprajohtava metalliseosteknologian edistyminen ja markkinoiden soveltaminen

Amerikkalaiset alkoivat tutkia niobium-titaaniseoksia suprajohtavia seoksia 1950-luvulla, ja niitä ei alun perin kehitetty ja valmistettu nopeasti, koska suurilla kentillä oli suuria virrantiheyksiä, joita ei saatu. Vuoteen 1961 mennessä amerikkalaiset Ham (JK Halm) ja muut maan "Physical Review" -julkaisussa raportoivat ensimmäistä kertaa niobium-titaani-suprajohtavista seoksista Tc. Vuonna 1962 amerikkalaiset Berlincounrt (TG Berlincounrt) ja muut julkaisivat ensimmäisenä niobi-titaani-suprajohtavat Hc2-lejeeringit, joilla on korkea Jc, samana vuonna amerikkalaiset Mathias (BT Mathias) raportoivat Yhdysvaltain patentissa ensimmäisen niobium- titaanista suprajohtavaa materiaalia oleva magneetti. Sittemmin niobium-titaani suprajohtava metalliseos materiaalit kansainvälisessä soveltamisessa kehitysvaiheessa.

Niobi-titaani suprajohtavat seokset ovat yksi käytetyimmistä suprajohtavista materiaaleista olemassa olevassa suprajohtavassa tekniikassa. Massasuhde lähes 1:1 Nb-Ti-seoksella on hyvä suprajohtavuus, sen suprajohtava kriittinen siirtymälämpötila Tc=9.5K, voidaan käyttää nestemäisen heliumin lämpötilassa, se on 5T (50,{{8 }} Gs) magneettikenttä, lähetysvirran tiheys Jc suurempi tai yhtä suuri kuin 105A / cm2 (4,2K); kentän korkein sovellus jopa 10T (100,000 Gs) (4,2K). Seoksella on myös erinomainen prosessointikyky, se voidaan saada perinteisellä sulatus-, käsittely- ja lämpökäsittelyprosessilla suprajohtavilla lanka- ja nauhatuotteilla. Siksi 60-luvulta lähtien tutkimuksen alkamisen jälkeen tuli pian teollisen mittakaavan tuotantoon. Yhdysvalloissa 70-luvun lopulla vuosituotanto saavutti sata tonnia; Kiina rakensi 80-luvulla samoihin aikoihin myös pilottituotantolinjan. Suurin osa käytännöllisistä Nb-Ti-suprajohtavista materiaaleista on yksinkertaisia ​​binääriseoksia, jotka sisältävät 35-55 % Nb:tä; tantaalia ja zirkoniumia voidaan lisätä suprajohtavien ominaisuuksien parantamiseksi. Suprajohtavuuden stabiilisuuden vuoksi Nb-Ti-suprajohtavissa materiaaleissa matriisimateriaalina käytetään yleisesti puhdasta kuparia, puhdasta alumiinia tai kupari-nikkeliseosta, joka on upotettu Nb-Ti-hienoydinyhdistelmän useisiin säikeisiin komposiittisiksi moniytimisiksi suprajohtaviksi materiaaleiksi. Suprajohtavassa langassa voi olla kymmeniä tai kymmeniä Nb-Ti-ytimen säikeitä, joista pienimmän sydämen halkaisija on 1 μm. Lisäksi käytön mukaan eri tilanteissa, mutta myös usein on kierrettävä moniytiminen lanka ja transponointi, jotta saavutetaan häviöiden vähentäminen ja peruskäsittelyprosessin sähkömagneettisten Nb-Ti suprajohtavien materiaalien vakauden lisääminen. : itsekuluttava kaariuuni tai plasmauuni on puhdasta titaania ja niobiumia, joka sulatetaan seosharkoksi ja sitten kuumapursotetaan aihioita, kuuma valssattu ja kylmä vedetty tangoiksi, kuumavalssattu ja kylmä vedetty tangoksi. Kuumavalssauksen ja kylmävetämällä sauvoiksi; sitten Nb-Ti-seostangot työnnetään hapettomaan kupariputkeen perusmateriaaliksi, komposiitti yksiytimiseksi sauvaksi; ja useiden komposiittikokoonpanojen jälkeen käsittely moniytimiiseksi Nb-Ti-suprajohtavaksi langaksi ja nauhaksi. Materiaalille on tehtävä useita suuria kylmäprosessointia (käsittelynopeus yli 90 %) ja alhaisen lämpötilan (alle 400 astetta) ikääntymisen lämpökäsittelyä, jotta suprajohde saa tarpeeksi tehokkaan kiinnityskeskuksen, mikä parantaa suprajohtavuuden suprajohtavia ominaisuuksia. materiaaleja. Suprajohteiden nollaresistanssivaikutuksesta johtuen ei tuo mukanaan joule-lämpöhäviöitä, ja Nb-Ti-suprajohteet voimakkaassa magneettikentässä voivat kantaa erittäin korkeaa siirtovirtakykyä, joten Nb-Ti-suprajohtavat materiaalit soveltuvat erityisen hyvin kenttäkäyttöön. korkea virta, vahva sähkötekniikan magneettikenttä. Esimerkkejä ovat suuren kentän magneetit, generaattorit, sähkömoottorit, magneettisen nesteen sähköntuotanto, ohjatut lämpöydinreaktiot, energian varastointilaitteet, nopeat magneettiset levitaatiojunat, laivojen sähkömagneettinen propulsio ja voimansiirtokaapelit. Tähän mennessä menestyneimmät Nb-Ti-seoksesta valmistettujen suprajohtavien materiaalien sovellukset ovat: suuret syklotroni-suurenergiset kaasupolkimet, joiden halkaisija on yli 1 km, ja magneettikuvausdiagnostiikkalaitteet, joita käytetään laajalti lääketieteen alalla. Vaikka tiedemiehet löysivät puolivälissä{48}} kupari-happiyhdisteen korkean lämpötilan suprajohteen, joka voi toimia nestemäisen typen lämpötiloissa (77 K); Kuitenkin Nb-Ti-lejeeringistä valmistetut suprajohtavat materiaalit, joilla on ainutlaatuinen erinomainen prosessointikyky, hyvät matalan lämpötilan suprajohtamisominaisuudet, suhteellisen alhaiset kustannukset ja vuosikymmenten tutkimus-, tuotanto- ja sovelluskehityskokemus, niobium-titaaniseokset ovat edelleen maailman tärkeimpiä käytännön suprajohtavia materiaaleja .