收藏词条 编辑词条 铌钛系合金超导材料
铌钛系合金超导材料(supercomjucting material of Nb-Ti system)
由金属元素铌和钛熔铸成塑性合金后，经复铜或复铜一铜镍冷加工和时效热处理制得的合金超导材料。难熔活性稀有金属铌和钛能形成固溶合金，并具超导性质，其适宜合金组分的临界温度(Tc)约为10K，上临界场(Hc2)约为12T(4．2K)，1．8K下的Hc2约为14T。该固溶合金系有优异的加工塑性，能经受强烈冷变形、可达105或以上的截面收缩率、在低温(<500℃)时效热处理时，析出沉淀相(α-Ti，ω-Ti等)。这种属于第Ⅱ类超导体的铌一钛超导合金材料，由冷变形和时效热处理在其内部产生的位错胞壁、沉淀相等对磁通起钉扎作用(见磁通钉扎理论)，致使该超导材料在场强不高于9T(4．2K)下具有高的临界电流密度(Jc)值，约为105A／cm2。这种合金系超导材料已成为国际所有大型应用超导工程设施的决定性材料。
简史 铌一钛超导合金在50年代开始为美国人所研究，最初由于未得到高场下的大电流密度，而没能很快地开发和生产。到1961年，美国人哈姆(J．K．Halm)等人在该国《物理评论》刊物上第一次报道了铌一钛超导合金的Tc。1962年美国人柏宁柯特(T．G．Berlincounrt)等人首先发表了铌一钛超导合金的Hc2与高的Jc，同年美国人马赛厄斯(B．T．Mathias)在美专利中报道了第一个铌钛超导材料磁体。此后，铌一钛超导合金材料在国际上走上应用开发阶段。
组分 铌钛超导合金材料的组成成分要满足尽量高的Tc、Hc2和Jc要求，一般在Nb-(40％～55％)Ti范围。这种台金组分既能得到适当高的Tc和Hc2，又能制得沉淀相数量多的高载流能力的超导材料。国际上所采用的铌钛合金超导材料的牌号有6种：Nb-44Ti，Nb-46．5Ti，Nb-48Ti，Nb-50Ti，Nb-53Ti，Nb-55Ti等，其中Nb-46．5Ti和Nb-50Ti是广泛应用的合金组分牌号。
制造工艺 国际上工业生产铌一钛超导材料的一种典型技术是：把高均匀合金锭加工、热处理制得直径3mmNb-Ti棒、在Nb-Ti棒外套上一个内呈圆形外为六角形的无氧铜管，数百至数干或更多的这种复合棒装放在直径250～300mm的无氧铜包套里，电子束焊封后，在500℃挤压成φ50～70mm复合棒。复合棒以道次加工率20％进行室温拉拔、并在350～420℃进行4～6次时效热处理，经扭绞后制成最终尺寸φ0．5～1mm的线材。以此为股线还可制得二次导体，即缆材(见铌钛舍金超导材料电缆和铌钛超导材料编织带)。其制造工艺流程如图。
为了改善芯丝的表面质量，在铌钛与铜间采用纯铌或钒为阻挡层。还有用铜硅合金替代铜一镍合金的。这些都是为了提高铌钛超导材料的性能，并还在继续改进。
性能 铌钛超导材料的组分确定以后，其Tc、Hc2值一般变化不大，而其Jc与冷加工-时效处理所产生的显微结构有重大关系。若冷加工的位错胞壁和热处理的沉淀相的形貌、尺寸、间距、数量能与量子磁通相互匹配，就会产生最大的磁通钉扎力(见磁通钉扎理论)，使铌钛超导材料的Jc达最大值。铌钛超导材料生产中，强烈冷变形后的一次时效处理，其Jc有显著提高。当采用冷变形时效处理多次、在最后一次时效后纯铌纯钛产品铌钛超导材料制造工艺流程图铌n的进一步冷变形的工艺技术(见铌铁超导材料的多次时效热处理技术)，能产生较理想的显微结构(见铌钛超导材料显微结构)，使Jc获得更大值。80年代初，中国西北有色研究院研制的NbTi50／Cu多芯复合超导线的Jc高达3．5×105A／cm2(5T，4．2K，10-14Ω•m判据)。到80年代末至90年代初，NbTi46．5／Cu多芯复合铌钛超导材料的Jc提高到(3．7～3．8)×105A／cm2(4．2K，5T，10-14Ω•m判据)的新水平。商品铌钛超导材料的Jc值不高于2．75×105A／cm2(4．2K，5T，10-14Ω•m判据)。
应用 铌钛超导材料已在超导高能加速器、超导核磁共振成像诊断仪、超导磁悬浮高速列车、超导强磁选矿机等大型装置上应用；还在受控核聚变、磁流体发电、发电机、输电、贮能等能源开发上应用。此外，在强磁推动系统(舰艇、船只、高速发射等装置)与军事防务等方面应用。总之，塑性铌钛系合金超导材料在大型超导应用装置中起重大作用，它是国际上用量最多(>95％)的超导材料。