Nioobium-titaani ülijuhtivate sulamite tehnoloogia areng ja tururakendus

Ameeriklased hakkasid nioobium-titaani ülijuhtivaid sulameid uurima 1950. aastatel ning esialgu ei arendatud ega toodetud neid kiiresti, kuna kõrgetel väljadel oli suur voolutihedus, mida ei saadud. 1961. aastaks teatasid ameeriklased Ham (JK Halm) ja teised riigi väljaandes "Physical Review" esimest korda nioobiumi-titaani ülijuhtivatest sulamitest Tc. 1962. aastal avaldasid ameeriklased Berlincounrt (TG Berlincounrt) ja teised esimestena kõrge Jc-ga nioobium-titaani ülijuhtivad Hc2 sulamid, samal aastal teatasid ameeriklased Mathias (BT Mathias) USA patendis esimesest nioobium- titaanist ülijuhtivast materjalist magnet. Sellest ajast alates on nioobium-titaani ülijuhtivad sulamimaterjalid rahvusvahelises rakenduses arendusjärgus.

Nioobium-titaan ülijuhtivad sulamid on olemasoleva ülijuhtimise tehnoloogia üks enamkasutatavaid ülijuhtivaid materjale. Ligi 1:1 Nb-Ti sulami massisuhe on hea ülijuhtivusega, selle ülijuhtivuse kriitiline üleminekutemperatuur Tc=9.5K, võib töötada vedela heeliumi temperatuuril, see on 5T (50,{{8 }} Gs) magnetväli, ülekandevoolu tihedus Jc 105A/cm2 (4,2K) või sellega võrdne; välja kõrgeim rakendus kuni 10T (100,000 Gs) (4,2K). Sulamil on ka suurepärane töötlemisvõime, seda saab saada traditsioonilise sulatus-, töötlemis- ja kuumtöötlemisprotsessiga ülijuhtivate traat- ja ribatoodete abil. Seetõttu sisenes 60-ndatel pärast uurimistöö algust peagi tööstusliku mastaabiga tootmine. USA 70. aastate lõpus ulatus aastane toodang saja tonnini; Hiina ehitas 80ndatel umbes samal ajal ka katsetootmisliini. Enamik praktilisi Nb-Ti ülijuhtivaid materjale on lihtsad kahekomponentsed sulamid, mis sisaldavad 35–55% Nb-d; Ülijuhtivusomaduste parandamiseks võib lisada veidi tantaali ja tsirkooniumi. Ülijuhtivuse stabiilsuse tõttu kasutasid Nb-Ti ülijuhtivad materjalid maatriksmaterjalina tavaliselt puhast vaske, puhast alumiiniumi või vase-nikli sulamit, mis on põimitud Nb-Ti peensüdamiku kombinatsiooni mitmesse kiudu, mis on ühendatud mitmetuumaliste ülijuhtivate materjalidega. Ülijuhtiv traat võib sisaldada kümneid kuni kümneid Nb-Ti südamiku kiude, millest väikseima südamiku läbimõõt on kuni 1 μm. Lisaks sellele tuleb põhitöötlusprotsessi elektromagnetiliste Nb-Ti ülijuhtivate materjalide kadude vähendamise ja stabiilsuse saavutamiseks vastavalt erinevatel juhtudel, kuid sageli ka mitmetuumalist traati keerata ja transponeerida. : omatarbimisega kaareahi või plasmaahi on puhas titaan ja nioobium, mis sulatatakse sulami valuplokiks ja seejärel pressitakse toorikud kuumalt välja. valtsitud ja külmtõmmatud varrasteks, kuumvaltsitud ja külmtõmmatud vardaks. Kuumvaltsimise ja külmtõmbamise kaudu varrasteks; seejärel Nb-Ti sulamist vardad, mis sisestatakse alusmaterjalina hapnikuvabasse vasktoru, komposiit ühetuumaliseks vardaks; ja pärast mitut komposiitmontaaži töötlemist mitmetuumaliseks Nb-Ti ülijuhtivaks traadiks ja ribaks. Materjali tuleb läbi viia mitmekordse suure külmtöötlemise (töötlemiskiirus üle 90%) ja madala temperatuuriga (alla 400 kraadi) vanandamise kuumtöötluse, nii et ülijuht saavutaks piisavalt tõhusa kinnituskeskme ja parandaks ülijuhtivuse ülijuhtivaid omadusi. materjalid. Ülijuhtide nulltakistusefekti tõttu ei too see kaasa džauli soojuskadu ja tugevas magnetväljas olevad Nb-Ti ülijuhid võivad kanda väga kõrget transpordivoolu, nii et Nb-Ti ülijuhtivad materjalid sobivad eriti hästi välitingimustes kasutamiseks. suure vooluga, tugev elektrotehnika magnetväli. Näited hõlmavad suure väljaga magneteid, generaatoreid, elektrimootoreid, magnetilise vedeliku elektritootmist, juhitavaid termotuumareaktsioone, energiasalvestiid, kiireid magnetlevitatsioonironge, laevade elektromagnetilisi jõuseadmeid ja jõuülekandekaableid. Seni on Nb-Ti sulamist ülijuhtivate materjalide edukaimad rakendused järgmised: suured tsüklotronilised suure energiaga gaasipedaalid, mille läbimõõt on üle 1 km, ja meditsiinisektoris laialdaselt kasutatavad magnetresonantstomograafia diagnostikainstrumendid. Kuigi teadlased avastasid kesk{48}}vasest ja hapnikust koosneva kõrgtemperatuurse ülijuhi, mis suudab töötada vedela lämmastiku temperatuuril (77 K); Kuid Nb-Ti sulamist ülijuhtivad materjalid, millel on ainulaadne suurepärane töötlemisvõime, head ülijuhtivad omadused madalatel temperatuuridel, suhteliselt madalad kulud ja aastakümnete pikkune uurimis-, tootmis- ja rakenduste arendamise kogemus, on nioobium-titaanisulamid endiselt maailma kõige olulisemad praktilised ülijuhtivad materjalid. .