Napredek tehnologije superprevodne zlitine niobij-titan in tržna uporaba

Američani so superprevodne zlitine niobij-titan začeli preučevati v petdesetih letih 20. stoletja in sprva niso bile hitro razvite in proizvedene zaradi velikih gostot toka pri visokih poljih, ki jih niso dobili. Do leta 1961 so Američani Ham (JK Halm) in drugi v državni publikaciji "Physical Review" prvič poročali o superprevodnih zlitinah niobij-titan Tc. 1962 so Američani Berlincounrt (TG Berlincounrt) in drugi prvi objavili niobij-titanove superprevodne zlitine Hc2 z visokim Jc, istega leta pa je Američan Mathias (BT Mathias) v ameriškem patentu poročal o prvem niobijevem magnet iz titanovega superprevodnega materiala. Od takrat so materiali iz superprevodne zlitine niobij-titan v mednarodni uporabi v fazi razvoja.

Niobij-titanove superprevodne zlitine so eden najpogosteje uporabljenih superprevodnih materialov v obstoječi superprevodni tehnologiji. Masno razmerje skoraj 1:1 Nb-Ti zlitine ima dobro superprevodnost, njena superprevodna kritična prehodna temperatura Tc=9.5K, lahko deluje pri temperaturi tekočega helija, je v 5T (50,{{8 }} Gs) magnetno polje, gostota prenosnega toka Jc Večja ali enaka 105A/cm2 (4,2K); največja uporaba polja do 10T (100,000 Gs) (4,2K). Zlitina ima tudi odlično zmogljivost obdelave, pridobiti jo je mogoče s tradicionalnim postopkom taljenja, predelave in toplotne obdelave superprevodnih izdelkov iz žice in trakov. Zato je od 60. let po začetku raziskav kmalu vstopil v industrijsko proizvodnjo. Združene države so v poznih 70-ih letne proizvodnje dosegle sto ton; Kitajska je v 80. letih približno v istem času zgradila tudi pilotno proizvodno linijo. Večina uporabnih Nb-Ti superprevodnih materialov je preprostih binarnih zlitin, ki vsebujejo 35 % do 55 % Nb; za izboljšanje superprevodnih lastnosti se lahko doda nekaj tantala in cirkonija. Zaradi stabilnosti superprevodnosti superprevodni materiali Nb-Ti običajno uporabljajo čisti baker, čisti aluminij ali zlitino bakra in niklja kot matrični material, vdelan v več pramenov kombinacije finega jedra Nb-Ti v kompozitne večjedrne superprevodne materiale. Superprevodna žica lahko vsebuje na desetine do desetine pramenov jedra Nb-Ti, premer najmanjšega jedra do 1 μm. Poleg tega je glede na uporabo različnih priložnosti, pogosto pa je treba tudi zvijati večjedrno žico in prenašati, da se doseže učinek zmanjšanja izgub in poveča stabilnost elektromagnetnih superprevodnih materialov Nb-Ti osnovnega procesa obdelave. : obločna peč za lastno porabo ali plazemska peč bo taljenje čistega titana in niobija v ingot zlitine, nato pa vroče iztiskanje gredice, vroče valjane in hladno vlečene v palice, vroče valjane in hladno vlečene v palice. Z vročim valjanjem in hladnim vlečenjem v palice; nato palice iz zlitine Nb-Ti, vstavljene v bakreno cev brez kisika kot osnovni material, sestavljene v enojedrno palico; in po večkratnem sestavljanju kompozitov predelava v večjedrno Nb-Ti superprevodno žico in trak. Material je treba izpostaviti večkratni veliki hladni obdelavi (stopnja obdelave več kot 90 %) in toplotni obdelavi s staranjem pri nizki temperaturi (pod 400 stopinj), tako da superprevodnik pridobi dovolj učinkovito središče za zapenjanje, da izboljša superprevodne lastnosti superprevodnika. materialov. Zaradi učinka ničelnega upora superprevodnikov ni nobenih džulovskih toplotnih izgub, superprevodniki Nb-Ti v močnem magnetnem polju pa lahko prenašajo zelo visoko sposobnost transportnega toka, tako da so superprevodni materiali Nb-Ti še posebej primerni za uporabo na terenu. velikega toka, močno magnetno polje elektrotehnike. Primeri vključujejo magnete z visokim poljem, generatorje, električne motorje, proizvodnjo energije z magnetno tekočino, nadzorovane termonuklearne reakcije, naprave za shranjevanje energije, vlake za visoko hitrost magnetne levitacije, elektromagnetni pogon za ladje in kable za prenos električne energije. Do danes so najuspešnejše uporabe superprevodnih materialov iz zlitine Nb-Ti: velika ciklotronska visokoenergijska plinska pedala s premerom več kot 1 km in diagnostični instrumenti za slikanje z magnetno resonanco, ki se pogosto uporabljajo v medicinskem sektorju. Čeprav so znanstveniki sredi-80ih odkrili visokotemperaturni superprevodnik iz spojine bakra in kisika, ki lahko deluje pri temperaturah tekočega dušika (77 K); vendar so superprevodni materiali iz zlitin Nb-Ti z lastno edinstveno odlično zmogljivostjo obdelave, dobrimi nizkotemperaturnimi superprevodnimi lastnostmi, relativno nizkimi stroški in desetletji raziskav, proizvodnje in izkušenj z razvojem aplikacij, zlitine niobija in titana so še vedno najpomembnejši praktični superprevodni materiali na svetu. .