Progresso della tecnologia delle leghe superconduttrici di niobio-titanio e applicazione di mercato

Le leghe superconduttrici di niobio-titanio iniziarono ad essere studiate dagli americani negli anni '50 e inizialmente non furono sviluppate e prodotte rapidamente a causa delle grandi densità di corrente ad alti campi che non furono ottenute. Nel 1961, gli americani Ham (JK Halm) e altri nella pubblicazione nazionale "Physical Review" riportarono per la prima volta una lega superconduttrice di niobio-titanio Tc. 1962, gli americani Berlincounrt (TG Berlincounrt) e altri furono i primi a pubblicare una lega superconduttrice di niobio-titanio di Hc2 con un elevato Jc, nello stesso anno, gli americani Mathias (BT Mathias) nel brevetto statunitense riportarono il primo niobio- magnete in materiale superconduttore di titanio. Da allora, i materiali in lega superconduttrice di niobio-titanio nell'applicazione internazionale della fase di sviluppo.

Le leghe superconduttrici di niobio-titanio sono uno dei materiali superconduttori più utilizzati nella tecnologia superconduttrice esistente. Il rapporto di massa di quasi 1:1 della lega Nb-Ti ha una buona superconduttività, la sua temperatura di transizione critica superconduttiva Tc=9.5K, può essere utilizzata alla temperatura dell'elio liquido, è nel 5T (50,{{8 }} Gs) campo magnetico, densità di corrente di trasmissione Jc maggiore o uguale a 105 A / cm2 (4,2 K); la massima applicazione del campo fino a 10 T (100,000 G) (4,2 K). La lega ha anche eccellenti prestazioni di lavorazione e può essere ottenuta attraverso il tradizionale processo di fusione, lavorazione e trattamento termico di fili e nastri superconduttori. Pertanto, a partire dagli anni '60, dopo l'inizio della ricerca, ben presto entrò nella produzione su scala industrializzata. Negli Stati Uniti alla fine degli anni '70 la produzione annua raggiungeva le cento tonnellate; Nello stesso periodo, negli anni '80, anche la Cina costruì una linea di produzione pilota. La maggior parte dei materiali superconduttori Nb-Ti pratici sono semplici leghe binarie contenenti dal 35% al ​​55% di Nb; è possibile aggiungere un po' di tantalio e zirconio per migliorare le proprietà superconduttrici. A causa della stabilità della superconduttività, i materiali superconduttori Nb-Ti utilizzano comunemente rame puro, alluminio puro o lega di rame-nichel come materiale della matrice, incorporato nei filamenti multipli della combinazione di nuclei fini Nb-Ti in materiali superconduttori compositi multi-core. Un filo superconduttore può contenere da dozzine a decine di fili di nucleo Nb-Ti, il diametro del nucleo più piccolo fino a 1 μm. Inoltre, a seconda dell'uso in diverse occasioni, ma spesso è necessario torcere il filo multi-core e trasporre, per ottenere l'effetto di ridurre le perdite e aumentare la stabilità dei materiali superconduttori elettromagnetici Nb-Ti del processo di lavorazione di base è : il forno ad arco o il forno al plasma per autoconsumo sarà costituito da titanio puro e niobio che si fondono in un lingotto di lega, quindi estrudono a caldo di billette, laminati a caldo e trafilati a freddo in barre, laminati a caldo e trafilati a freddo in barre. Attraverso la laminazione a caldo e la trafilatura a freddo in barre; quindi aste in lega Nb-Ti inserite nel tubo di rame privo di ossigeno come materiale di base, composito in un'asta unipolare; e dopo diversi assemblaggi compositi, trasformazione in fili e strisce superconduttori multi-core Nb-Ti. Il materiale deve essere sottoposto a molteplici e grandi lavorazioni a freddo (velocità di lavorazione superiore al 90%) e a trattamenti termici di invecchiamento a bassa temperatura (sotto i 400 gradi), in modo che il superconduttore ottenga un centro di fissaggio sufficientemente efficace, per migliorare le proprietà superconduttrici del superconduttore materiali. A causa dell'effetto di resistenza zero dei superconduttori non porta alcuna perdita di calore in joule, e i superconduttori Nb-Ti nel forte campo magnetico possono trasportare una capacità di corrente di trasporto molto elevata, in modo che i materiali superconduttori Nb-Ti siano particolarmente adatti per l'applicazione sul campo di alta corrente, forte campo magnetico dell'ingegneria elettrica. Gli esempi includono magneti ad alto campo, generatori, motori elettrici, generazione di energia fluida magnetica, reazioni termonucleari controllate, dispositivi di accumulo di energia, treni a levitazione magnetica ad alta velocità, propulsione elettromagnetica per navi e cavi di trasmissione di energia. Ad oggi, le applicazioni di maggior successo dei materiali superconduttori in lega Nb-Ti sono: pedali dell'acceleratore ad alta energia a ciclotrone di grandi dimensioni con diametri superiori a 1 km e strumenti diagnostici per risonanza magnetica ampiamente utilizzati nel settore medico. Sebbene gli scienziati a metà degli anni-80 abbiano scoperto un superconduttore ad alta temperatura composto da rame e ossigeno che può funzionare alla temperatura dell'azoto liquido (77K); tuttavia, i materiali superconduttori in lega Nb-Ti con le loro eccellenti prestazioni di lavorazione uniche, buone proprietà superconduttrici a bassa temperatura, costi relativamente bassi e decenni di esperienza nella ricerca, produzione e sviluppo di applicazioni, le leghe di niobio-titanio sono ancora i materiali superconduttori pratici più importanti al mondo .