Niobium-Titanium supergeleidende legeringstechnologie Vooruitgang en markttoepassing

Niobium-titaan supergeleidende legeringen werden in de jaren vijftig door Amerikanen bestudeerd en werden aanvankelijk niet snel ontwikkeld en geproduceerd vanwege de grote stroomdichtheden bij hoge velden die niet werden verkregen. In 1961 rapporteerden de Amerikanen Ham (JK Halm) en anderen in de publicatie "Physical Review" van het land voor het eerst een niobium-titanium supergeleidende legeringen Tc. In 1962 waren de Amerikanen Berlincounrt (TG Berlincounrt) en anderen de eersten die niobium-titanium supergeleidende legeringen van Hc2 met een hoge Jc publiceerden, in hetzelfde jaar rapporteerden de Amerikanen Mathias (BT Mathias) in het Amerikaanse patent de eerste niobium- magneet van supergeleidend titaniummateriaal. Sindsdien zijn niobium-titanium supergeleidende legeringsmaterialen in de internationale toepassing van de ontwikkelingsfase.

Niobium-titanium supergeleidende legeringen zijn een van de meest gebruikte supergeleidende materialen in de bestaande supergeleidende technologie. De massaverhouding van bijna 1:1 Nb-Ti-legering heeft een goede supergeleiding, de supergeleidende kritische overgangstemperatuur Tc=9.5K, kan worden gebruikt bij de temperatuur van vloeibaar helium, het ligt in de 5T (50,{{8 }} Gs) magnetisch veld, de transmissiestroomdichtheid Jc Groter dan of gelijk aan 105A / cm2 (4,2K); de hoogste toepassing van het veld tot 10T (100,000 Gs) (4,2K). De legering heeft ook uitstekende verwerkingsprestaties en kan worden verkregen via het traditionele smelt-, verwerkings- en warmtebehandelingsproces van supergeleidende draad- en stripproducten. Daarom begon vanaf de jaren 60, na het begin van het onderzoek, al snel de productie op geïndustrialiseerde schaal. In de Verenigde Staten bedroeg de jaarlijkse productie eind jaren zeventig honderd ton; China bouwde in de jaren 80 rond dezelfde tijd ook een proefproductielijn. De meeste praktische Nb-Ti-supergeleidende materialen zijn eenvoudige binaire legeringen die 35% tot 55% Nb bevatten; er kan wat tantaal en zirkonium worden toegevoegd om de supergeleidende eigenschappen te verbeteren. Vanwege de stabiliteit van supergeleiding gebruikten Nb-Ti-supergeleidende materialen gewoonlijk puur koper, puur aluminium of koper-nikkellegering als matrixmateriaal, ingebed in de meerdere strengen van Nb-Ti fijne kerncombinatie in een samengestelde meerkernige supergeleidende materialen. Een supergeleidende draad kan tientallen tot tientallen strengen Nb-Ti-kern bevatten, waarvan de kerndiameter 1 μm bedraagt. Bovendien, afhankelijk van het gebruik van verschillende gelegenheden, maar ook vaak de meerkernige draad en transpositie moeten verdraaien, om het effect van het verminderen van verliezen te bereiken en de stabiliteit van de elektromagnetische Nb-Ti supergeleidende materialen van het basisverwerkingsproces te vergroten : boogoven voor eigen verbruik of plasmaoven zal puur titanium en niobium zijn dat smelt tot een legeringsstaaf, en vervolgens hete extrusie van knuppels, warmgewalst en koud getrokken tot staven, warmgewalst en koudgetrokken tot een staaf. Door warmwalsen en koudtrekken tot staven; vervolgens worden staven van Nb-Ti-legering in de zuurstofvrije koperen buis gestoken als basismateriaal, samengesteld tot een staaf met één kern; en na verschillende composietassemblages, verwerking tot meerkernige Nb-Ti supergeleidende draad en strip. Het materiaal moet worden onderworpen aan meerdere grote koude verwerkingen (verwerkingssnelheid van meer dan 90%) en verouderingswarmtebehandeling bij lage temperatuur (onder 400 graden), zodat de supergeleider voldoende effectief vastzetcentrum krijgt, om de supergeleidende eigenschappen van supergeleidende te verbeteren materialen. Door het nulweerstandseffect van supergeleiders ontstaat er geen joule-warmteverlies, en kunnen Nb-Ti-supergeleiders in het sterke magnetische veld een zeer hoog transportstroomvermogen dragen, zodat de Nb-Ti-supergeleidende materialen bijzonder geschikt zijn voor toepassing in het veld van hoge stroom, sterk magnetisch veld van elektrotechniek. Voorbeelden zijn onder meer magneten met een hoog veld, generatoren, elektromotoren, energieopwekking door magnetische vloeistoffen, gecontroleerde thermonucleaire reacties, apparaten voor energieopslag, hogesnelheidsmagnetische levitatietreinen, elektromagnetische voortstuwing van schepen en elektriciteitstransmissiekabels. Tot op heden zijn de meest succesvolle toepassingen van supergeleidende materialen uit een Nb-Ti-legering: grote cyclotron-gaspedalen met hoge energie met een diameter van meer dan 1 km en diagnostische instrumenten voor magnetische resonantiebeeldvorming die veel worden gebruikt in de medische sector. Hoewel wetenschappers halverwege-80 een koper-zuurstofverbinding hebben ontdekt die hoge temperatuur supergeleiders kan produceren die kan werken bij temperaturen van vloeibare stikstof (77 K); Echter, supergeleidende materialen van Nb-Ti-legeringen met hun eigen unieke uitstekende verwerkingsprestaties, goede supergeleidende eigenschappen bij lage temperaturen, relatief lage kosten en tientallen jaren aan onderzoeks-, productie- en toepassingsontwikkelingservaring, niobium-titaniumlegeringen zijn nog steeds 's werelds belangrijkste praktische supergeleidende materialen .