Progreso de la tecnología de aleación superconductora de niobio-titanio y aplicación en el mercado

Las aleaciones superconductoras de niobio y titanio comenzaron a ser estudiadas por los estadounidenses en la década de 1950, e inicialmente no se desarrollaron ni produjeron rápidamente debido a las grandes densidades de corriente en campos elevados que no se obtuvieron. En 1961, el estadounidense Ham (JK Halm) y otros en la publicación "Physical Review" del país informaron por primera vez sobre aleaciones superconductoras de niobio y titanio Tc. En 1962, los estadounidenses Berlincounrt (TG Berlincounrt) y otros fueron los primeros en publicar aleaciones superconductoras de niobio-titanio de Hc2 con un alto Jc; en el mismo año, los estadounidenses Mathias (BT Mathias) en la patente estadounidense informaron sobre el primer niobio- Imán de material superconductor de titanio. Desde entonces, los materiales de aleación superconductores de niobio y titanio se encuentran en la etapa de desarrollo de aplicaciones internacionales.

Las aleaciones superconductoras de niobio y titanio son uno de los materiales superconductores más utilizados en la tecnología superconductora existente. La relación de masa de casi 1:1 de la aleación Nb-Ti tiene buena superconductividad, su temperatura de transición crítica superconductora Tc=9.5K, puede funcionar a la temperatura del helio líquido, está en el 5T (50,{{8 }} Gs) campo magnético, la densidad de corriente de transmisión Jc Mayor o igual a 105A/cm2 (4,2K); la aplicación más alta del campo hasta 10T (100,000 Gs) (4,2K). La aleación también tiene un excelente rendimiento de procesamiento y se puede obtener mediante el proceso tradicional de fusión, procesamiento y tratamiento térmico de productos de tiras y alambres superconductores. Por ello, a partir de los años 60 tras el inicio de las investigaciones, pronto se entró en la producción a escala industrializada. En Estados Unidos, a finales de los años 70, la producción anual alcanzaba las cien toneladas; En China, en los años 80, casi al mismo tiempo, también se construyó una línea de producción piloto. La mayoría de los materiales superconductores prácticos de Nb-Ti son aleaciones binarias simples que contienen entre un 35% y un 55% de Nb; Se puede agregar algo de tantalio y circonio para mejorar las propiedades superconductoras. Debido a la estabilidad de la superconductividad, los materiales superconductores de Nb-Ti comúnmente utilizan cobre puro, aluminio puro o aleación de cobre-níquel como material de matriz, incrustados en las múltiples hebras de la combinación de núcleo fino de Nb-Ti en materiales superconductores compuestos de múltiples núcleos. Un cable superconductor puede contener de decenas a decenas de hilos de núcleo de Nb-Ti, siendo el diámetro del núcleo más pequeño de hasta 1 μm. Además, según el uso de diferentes ocasiones, pero a menudo también hay que torcer el cable multinúcleo y transposición, para lograr el efecto de reducir las pérdidas y aumentar la estabilidad de los materiales superconductores electromagnéticos de Nb-Ti del proceso de procesamiento básico. : el horno de arco de autoconsumo o el horno de plasma consistirá en fusión de titanio puro y niobio en un lingote de aleación, y luego extrusión en caliente de palanquillas, laminadas en caliente y estiradas en frío para formar varillas, laminadas en caliente y estiradas en frío para formar una varilla. Mediante laminación en caliente y embutición en frío en varillas; luego, varillas de aleación de Nb-Ti insertadas en el tubo de cobre libre de oxígeno como material base, compuestas en una varilla de un solo núcleo; y después de varios ensamblajes compuestos, se procesa para obtener cables y tiras superconductores de Nb-Ti de múltiples núcleos. El material debe someterse a múltiples procesamientos en frío a gran escala (tasa de procesamiento de más del 90%) y tratamiento térmico de envejecimiento a baja temperatura (por debajo de 400 grados), para que el superconductor obtenga un centro de fijación suficientemente efectivo para mejorar las propiedades superconductoras del superconductor. materiales. Debido al efecto de resistencia cero de los superconductores, no se producen pérdidas de calor en julios, y los superconductores de Nb-Ti en el fuerte campo magnético pueden transportar una capacidad de corriente de transporte muy alta, por lo que los materiales superconductores de Nb-Ti son particularmente adecuados para la aplicación en el campo. De alta corriente, fuerte campo magnético de ingeniería eléctrica. Los ejemplos incluyen imanes de alto campo, generadores, motores eléctricos, generación de energía mediante fluidos magnéticos, reacciones termonucleares controladas, dispositivos de almacenamiento de energía, trenes de levitación magnética de alta velocidad, propulsión electromagnética para barcos y cables de transmisión de energía. Hasta la fecha, las aplicaciones más exitosas de los materiales superconductores de aleación de Nb-Ti son: grandes pedales de gas ciclotrón de alta energía con diámetros de más de 1 km e instrumentos de diagnóstico por imágenes por resonancia magnética ampliamente utilizados en el sector médico. Aunque a mediados de la década de 1990 los científicos descubrieron un superconductor de alta temperatura compuesto de cobre y oxígeno que puede funcionar a temperaturas de nitrógeno líquido (77 K); sin embargo, los materiales superconductores de aleación de Nb-Ti con su excelente rendimiento de procesamiento único, buenas propiedades superconductoras a baja temperatura, costos relativamente bajos y décadas de experiencia en investigación, producción y desarrollo de aplicaciones, las aleaciones de niobio y titanio siguen siendo los materiales superconductores prácticos más importantes del mundo. .