Kemajuan Teknologi Aloi Superkonduktor Niobium-Titanium dan Aplikasi Pasaran

Aloi superkonduktor Niobium-titanium mula dikaji oleh orang Amerika pada tahun 1950-an, dan pada mulanya tidak dibangunkan dan dihasilkan dengan cepat kerana ketumpatan arus yang besar pada medan tinggi yang tidak diperolehi. Menjelang 1961, Americans Ham (JK Halm) dan lain-lain dalam penerbitan "Tinjauan Fizikal" negara buat pertama kali melaporkan aloi superkonduktor niobium-titanium Tc. 1962, Berlincounrt Amerika (TG Berlincounrt) dan yang lain adalah yang pertama menerbitkan aloi superkonduktor niobium-titanium Hc2 dengan Jc tinggi, pada tahun yang sama, Amerika Mathias (BT Mathias) dalam paten AS melaporkan niobium- pertama. magnet bahan superkonduktor titanium. Sejak itu, bahan aloi superkonduktor niobium-titanium dalam aplikasi antarabangsa peringkat pembangunan.

Aloi superkonduktor niobium-titanium adalah salah satu bahan superkonduktor yang paling banyak digunakan dalam teknologi superkonduktor sedia ada. Nisbah jisim aloi hampir 1:1 Nb-Ti mempunyai superkonduktiviti yang baik, suhu peralihan kritikal superkonduktornya Tc=9.5K, boleh dikendalikan pada suhu helium cecair, ia berada dalam 5T (50,{{8 }} Gs) medan magnet, ketumpatan arus penghantaran Jc Lebih besar daripada atau sama dengan 105A / cm2 (4.2K); penggunaan medan tertinggi sehingga 10T (100,000 Gs) (4.2K). Aloi juga mempunyai prestasi pemprosesan yang sangat baik, boleh diperolehi melalui proses lebur, pemprosesan dan rawatan haba tradisional wayar dan produk jalur superkonduktor. Oleh itu, dari 60-an selepas permulaan penyelidikan, tidak lama lagi memasuki pengeluaran skala perindustrian. Amerika Syarikat pada akhir tahun 70-an pengeluaran tahunan mencapai seratus tan; China pada tahun 80-an sekitar masa yang sama juga membina barisan pengeluaran perintis. Kebanyakan bahan pengalir super Nb-Ti praktikal adalah aloi binari ringkas yang mengandungi 35% hingga 55% Nb; beberapa tantalum dan zirkonium boleh ditambah untuk memperbaiki sifat superkonduktor. Disebabkan oleh kestabilan superkonduktiviti, bahan superkonduktif Nb-Ti biasanya menggunakan tembaga tulen, aluminium tulen atau aloi kuprum-nikel sebagai bahan matriks, tertanam ke dalam pelbagai helai gabungan teras halus Nb-Ti ke dalam bahan superkonduktor berbilang teras komposit. Wayar superkonduktor boleh mengandungi berpuluh-puluh hingga puluhan helai teras Nb-Ti, diameter teras terkecil hingga 1 μm. Di samping itu, mengikut penggunaan masa yang berbeza, tetapi juga sering perlu memutar wayar berbilang teras dan transposisi, untuk mencapai kesan mengurangkan kerugian dan meningkatkan kestabilan bahan superkonduktor Nb-Ti elektromagnet proses pemprosesan asas adalah : Relau arka penggunaan sendiri atau relau plasma akan menjadi titanium tulen dan niobium lebur menjadi jongkong aloi, dan kemudian penyemperitan panas bilet, canai panas dan sejuk ditarik ke dalam rod, canai panas dan ditarik sejuk ke dalam rod. Melalui rolling panas dan lukisan sejuk ke dalam rod; kemudian rod aloi Nb-Ti dimasukkan ke dalam tiub kuprum bebas oksigen sebagai bahan asas, komposit ke dalam rod teras tunggal; dan selepas beberapa pemasangan komposit, pemprosesan menjadi wayar dan jalur superkonduktor Nb-Ti berbilang teras. Bahan perlu tertakluk kepada pemprosesan sejuk berbilang besar (kadar pemprosesan lebih daripada 90%) dan suhu rendah (di bawah 400 darjah) rawatan haba penuaan, supaya superkonduktor untuk mendapatkan pusat penyepitan berkesan yang cukup, untuk meningkatkan sifat superkonduktor superkonduktor. bahan. Oleh kerana kesan rintangan sifar superkonduktor tidak membawa kehilangan haba joule, dan superkonduktor Nb-Ti dalam medan magnet yang kuat boleh membawa keupayaan arus pengangkutan yang sangat tinggi, supaya bahan superkonduktor Nb-Ti amat sesuai untuk aplikasi di lapangan. arus tinggi, medan magnet kuat kejuruteraan elektrik. Contohnya termasuk magnet medan tinggi, penjana, motor elektrik, penjanaan kuasa bendalir magnetik, tindak balas termonuklear terkawal, peranti penyimpanan tenaga, kereta api pengangkatan magnet berkelajuan tinggi, pendorong elektromagnet untuk kapal dan kabel penghantaran kuasa. Sehingga kini, aplikasi yang paling berjaya bagi bahan pengalir aloi Nb-Ti ialah: pedal gas bertenaga tinggi siklotron besar dengan diameter lebih daripada 1km dan instrumen diagnostik pengimejan resonans magnetik yang digunakan secara meluas dalam sektor perubatan. Walaupun saintis pada pertengahan-80 menemui superkonduktor suhu tinggi sebatian kuprum-oksigen yang boleh beroperasi pada suhu nitrogen cecair (77K); Walau bagaimanapun, bahan superkonduktor aloi Nb-Ti dengan prestasi pemprosesan cemerlang unik mereka sendiri, sifat superkonduktor suhu rendah yang baik, kos yang agak rendah dan pengalaman penyelidikan selama beberapa dekad, pengeluaran dan pembangunan aplikasi, aloi niobium-titanium masih merupakan bahan superkonduktor praktikal yang paling penting di dunia. .