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铌三锡超导体

/niobium tin superconductor/
最后更新 2023-02-07
浏览 239
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具有脆性A15晶体结构的金属间化合物超导体。

英文名称
niobium tin superconductor
所属学科
材料科学与工程

铌三锡分子式为Nb3Sn,是典型的第二类超导体。在铌三锡的晶体结构中,Sn原子占据体心立方格子的位置,而Nb原子则以3个相互正交的链状结构分布于每个面。铌三锡不是线性化合物,而是组成范围为18~25原子百分比(at%)Sn的Nb-Sn固溶体,这一组成范围的固溶体都具有A15结构,也都是超导的,但超导特性随组成中Sn浓度的不同而不同。一般情形是随着组成中Sn含量增加,超导性能增强。

铌三锡的临界温度可达18.3开,上临界场可达22.5特斯拉。铌三锡的运输电流密度远远高于铌钛超导材料,因而成为制造高场磁体的理想材料。但铌三锡是脆性的金属间化合物,其导线制备必须采用先拉制后反应热处理的方式。实现铌三锡超导特性的关键因素之一是成相热处理。例如内锡法铌三锡股线的热处理分为两步,首先预热处理使铜和锡很好地化合,然后热处理形成铌三锡A15相。铌三锡化合物的主要钉扎中心是晶粒间界,即晶粒的大小和形貌决定着磁通钉扎力的强弱。钉扎力与晶粒直径的倒数1/d成正比关系。铌三锡线材对应力应变有较高敏感性。首先轴向应力应变会降低值。铌三锡的上临界场随轴向应变的变化在所有A15化合物中几乎是最大的。几乎所有的商用铌三锡材料都以合金的方式添加钛和钽等元素提高铌三锡的载流能力。

铌三锡超导线材的制备工艺主要有:青铜法,内锡法和粉末装管法等。青铜法和内锡法是两种常用的批量化制备工艺,成本相对较低。高能物理和核聚变反应堆的发展大大推动了铌三锡制备技术的发展,全世界每年的产能最高达到100吨以上。

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