《高場磁體用Nb3Sn超導線研製及其臨界電流退化機理研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由劉方擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高場磁體用Nb3Sn超導線研製及其臨界電流退化機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉方
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Nb3Sn超導線材因其在高背景場(＞12T)仍具有較高載流能力而被廣泛套用於高場磁體系統，本項目旨在通過調整內錫法Nb3Sn超導線材Nb/Sn/Cu設計比及線材結構以獲得12T & 4.2K條件下非銅區臨界電流密度高於2500A/mm2的線材製備技術，並在此基礎上研究線材低溫性能隨Nb/Sn比、Nb芯絲尺寸、熱處理制度的變化規律及其低溫載流能力隨應力應變的退化機理。通過對超導線微觀結構分析以及超導線樣品應變下臨界電流實驗研究，結合超導線機械性能參數以及有限元力學分析結果，分析並找出超導線製備過程對其微觀結構的影響規律，同時分析微觀結構對超導線載流能力及應力下材料性能退化的影響規律並建立理論模型，進而提出高性能低應變影響的高場Nb3Sn超導線最佳化製備方案。為高場磁體用Nb3Sn超導線的製備和套用提供理論依據，並為其它脆性超導材料製備提供參考。
結題摘要
高性能Nb3Sn超導線有望成為15T左右大型高場超導磁體的主力超導材料,尤其可能套用於下一代的聚變磁體系統及加速器磁體系統中,具有十分廣闊的套用前景。然而，高性能Nb3Sn超導線結構及生產工藝非常複雜，為推動我國高性能Nb3Sn超導線的研製及套用，本項目通過調整內錫法Nb3Sn超導線材元素設計及線材結構，成功研製出了12T & 4.2K條件下非銅區臨界電流密度高於2500A/mm2的Nb3Sn超導線材。在此基礎上研究線材低溫性能隨Nb/Sn比、芯絲尺寸、熱處理制度的變化規律及其低溫載流能力隨應力應變的退化性能。主要的研究工作及取得的成果如下： （1）最佳化了超導線材導體結構設計。通過最佳化Cu/Nb/Sn各組元比例和組裝方式，在國內首次開發出組元重複組裝的高臨界電流Nb3Sn超導線材導體結構設計技術。（2）突破高Nb含量(＞50%) CuNb多芯複合棒製備工藝。 （3）最佳化了熱處理制度。通過對熱處理制度的最佳化，系統研究了成相溫度、熱處理時間、升溫速度等關鍵熱處理參數對股線微結構和性能的影響，獲得高場Nb3Sn超導線材的熱處理技術，製備出了滿足項目要求的高場Nb3Sn超導線材。 （4）改進了CuNb包套結構設計和組裝方式，解決了長線加工問題，改善了複合線截面變形，控制合適的Sn含量，並為後續通過其他方式實現低銅比線材探索了工藝。 （5）研發了針對高場Nb3Sn的系列實驗平台，主要包括：高穩定性的高電流臨界電流測試系統；應力下臨界電流測試實驗系統；超導線力學拉伸裝置。 （6）開展了超導線性能實驗與研究，主要包括：基本臨界電流性能實驗研究；熱處理前後機械性能研究；應力應變臨界電流性能實驗與模型分析。為高場Nb3Sn超導線的進一步最佳化提供了依據，為實現國產高場Nb3Sn超導線實用化提供了重要參考。
