高能球磨法制備Nb3Al超導(dǎo)體及超導(dǎo)性能研究.pdf

1、NbTi和Nb3Sn是目前應(yīng)用最廣泛的超導(dǎo)材料，隨著制備技術(shù)的不斷改進(jìn)，它們的性能也逐步提高，但由于它們的臨界磁場(chǎng)（Hc2）和臨界電流密度（Jc）有限并不能滿足未來(lái)對(duì)大型超導(dǎo)磁體的需求，選擇性能更優(yōu)異的超導(dǎo)材料勢(shì)在必行。目前Nb3Al是最有希望替代Nb3Sn的超導(dǎo)材料，兩者具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，且Nb3Al的臨界溫度（Tc）可達(dá)18.9K，上臨界磁場(chǎng)為32T(4.2K)，臨界電流密度為1000A/mm2(16T，4.2K)。同時(shí)，在較高的

2、應(yīng)力作用下Nb3Al仍具有較好的電流傳輸特性。因此，Nb3Al將是未來(lái)大型超導(dǎo)磁體如磁約束聚變堆等用超導(dǎo)材料的理想選擇。
　　由于穩(wěn)定化學(xué)計(jì)量比的Nb3Al只有在1800℃以上的高溫才能得到，目前Nb3Al超導(dǎo)材料的各種制備方法中，只有RHQT法才可以制得比較符合理想化學(xué)計(jì)量比的Nb3Al線材，獲得優(yōu)異的Tc和Hc2。但是，有關(guān)Nb3Al超導(dǎo)材料的各種制備方法存在諸多問(wèn)題，工業(yè)化程度較低，許多工藝問(wèn)題仍需要進(jìn)行全面的研究和開(kāi)發(fā)。<

3、br>　　高能球磨法不僅可以細(xì)化晶粒，而且可以有效控制微觀組織，在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)合金化或形成固溶體。由此就避開(kāi)了RHQT法中的高溫處理且獲得固溶體，將有可能實(shí)現(xiàn)Nb3Al超導(dǎo)線材的低溫制備。本文利用高能球磨法來(lái)制各Nb3Al超導(dǎo)體，在對(duì)球磨過(guò)程中Nb/Al成分、球磨時(shí)間和燒結(jié)溫度已優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)燒結(jié)時(shí)間，球磨介質(zhì)，PCA的使用等多個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并探究了Ge、Ta摻雜對(duì)Nb3Al超導(dǎo)性能的影響。
　　第1章主要介紹了Nb3Al

4、超導(dǎo)材料的研究背景、意義和進(jìn)展，及本論文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)。
　　第2章簡(jiǎn)要介紹了目前Nb3Al超導(dǎo)體的制備方法，重點(diǎn)介紹了本論文用高能球磨法制備Nb3Al的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，以及樣品分析過(guò)程中涉及到的表征手段。
　　第3章對(duì)高能球磨法制備Nb3Al的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn):使用高能球磨法制備Nb3Al時(shí)，其超導(dǎo)性能主要取決于制得材料中Nb/Al化學(xué)計(jì)量比以及熱處理?xiàng)l件。使用不同球磨介質(zhì)（硬質(zhì)鋼、氧化鋯）對(duì)Nb3Al相的形成

5、影響不明顯;進(jìn)行加Al片燒結(jié)后，發(fā)現(xiàn)Nb3Al超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度未提高，仍為15.0 K;添加過(guò)程控制劑硬脂酸后，粉末出粉率提高，粉末分散均勻，但由于引入了更多的雜質(zhì)導(dǎo)致Nb3Al的Tc下降。最終得到比較好的工藝參數(shù)為:原始粉末Nb、Al的化學(xué)計(jì)量比為Nb∶Al=74∶26，燒結(jié)溫度為900℃，燒結(jié)時(shí)間為5h，球磨時(shí)間為3h，球磨介質(zhì)為硬質(zhì)鋼，球料比為10∶1，球磨氣氛為氬氣，此時(shí)測(cè)得Tc為15.1K。
　　第4章主要研究了Ge部分取代