پیشرفت فناوری آلیاژ ابررسانای نیوبیم-تیتانیوم و کاربرد بازار

آلیاژهای ابررسانای نیوبیم-تیتانیوم توسط آمریکایی ها در دهه 1950 مورد مطالعه قرار گرفتند و در ابتدا به دلیل چگالی جریان زیاد در میدان های بالا که به دست نیامدند، به سرعت توسعه و تولید نشدند. در سال 1961، آمریکایی هام (JK Halm) و دیگران در نشریه "Physical Review" کشور برای اولین بار آلیاژهای ابررسانای نیوبیم-تیتانیوم Tc را گزارش کردند. در سال 1962، آمریکایی ها برلینکونرت (TG Berlincounrt) و دیگران اولین کسانی بودند که آلیاژهای ابررسانای نیوبیم-تیتانیوم Hc2 با Jc بالا را منتشر کردند، در همان سال، آمریکایی ها ماتیاس (BT Mathias) در حق اختراع ایالات متحده، اولین نیوبیم را گزارش کردند. آهنربای مواد ابررسانا تیتانیوم از آن زمان، نیوبیم-تیتانیوم مواد آلیاژی ابررسانا در کاربرد بین المللی مرحله توسعه.

آلیاژهای ابررسانا نیوبیم-تیتانیوم یکی از پرکاربردترین مواد ابررسانا در فناوری ابررسانای موجود هستند. نسبت جرمی نزدیک به 1:1 آلیاژ Nb-Ti دارای ابررسانایی خوبی است، دمای انتقال بحرانی ابررسانا آن Tc=9.5K، می تواند در دمای هلیوم مایع کار کند، در 5T است (50،{{8 }} Gs) میدان مغناطیسی، چگالی جریان انتقال Jc بزرگتر یا برابر با 105A / cm2 (4.2K). بالاترین کاربرد میدان تا 10T (100،{15}} Gs) (4.2K). این آلیاژ همچنین دارای عملکرد پردازش عالی است، می تواند از طریق ذوب سنتی، پردازش و فرآیند عملیات حرارتی سیم ابررسانا و محصولات نوار به دست آید. بنابراین، از دهه 60 پس از شروع تحقیقات، به زودی وارد تولید در مقیاس صنعتی شد. ایالات متحده در اواخر دهه 70 تولید سالانه به صد تن رسید. چین در دهه 80 تقریباً در همان زمان یک خط تولید آزمایشی نیز ایجاد کرد. بیشتر مواد ابررسانا Nb-Ti، آلیاژهای دوتایی ساده حاوی 35 تا 55 درصد Nb هستند. برای بهبود خواص ابررسانایی می توان مقداری تانتالم و زیرکونیوم اضافه کرد. با توجه به پایداری ابررسانایی، مواد ابررسانا Nb-Ti معمولاً از مس خالص، آلومینیوم خالص یا آلیاژ مس-نیکل به عنوان ماده ماتریس استفاده می‌کنند که در چندین رشته ترکیب هسته ریز Nb-Ti در مواد ابررسانا چند هسته‌ای مرکب تعبیه شده است. یک سیم ابررسانا می تواند حاوی ده ها تا ده رشته هسته Nb-Ti باشد که قطر هسته کوچکترین آنها به 1 میکرومتر می رسد. علاوه بر این، با توجه به استفاده از مناسبت های مختلف، بلکه اغلب مجبور به پیچاندن سیم چند هسته ای و جابجایی، برای دستیابی به اثر کاهش تلفات و افزایش پایداری مواد ابررسانای الکترومغناطیسی Nb-Ti از فرآیند پردازش اولیه است. : کوره قوس الکتریکی خود مصرفی یا کوره پلاسما به صورت ذوب تیتانیوم و نیوبیوم خالص به یک شمش آلیاژی و سپس اکستروژن گرم خواهد بود. شمش، نورد گرم و سرد به میله، نورد گرم و سرد به میله کشیده شده است. از طریق نورد گرم و کشیدن سرد به میله ها. سپس میله های آلیاژی Nb-Ti به عنوان ماده پایه در لوله مسی بدون اکسیژن وارد می شوند و در یک میله تک هسته ای ترکیب می شوند. و پس از چندین مونتاژ کامپوزیت، پردازش به سیم و نوار ابررسانا چند هسته ای Nb-Ti. این ماده باید تحت چندین پردازش سرد بزرگ (نرخ پردازش بیش از 90٪) و دمای پایین (زیر 400 درجه) عملیات حرارتی پیری قرار گیرد، به طوری که ابررسانا به اندازه کافی مرکز سنجاق موثر را به دست آورد تا خواص ابررسانایی ابررسانا را بهبود بخشد. مواد با توجه به اثر مقاومت صفر ابررساناها هیچ اتلاف حرارتی ژول به همراه نمی‌آورد و ابررساناهای Nb-Ti در میدان مغناطیسی قوی می‌توانند توانایی جریان انتقال بسیار بالایی داشته باشند، به طوری که مواد ابررسانا Nb-Ti به ویژه برای کاربرد در میدان مناسب هستند. جریان بالا و میدان مغناطیسی قوی مهندسی برق. به عنوان مثال می توان به آهنرباهای میدان بالا، ژنراتورها، موتورهای الکتریکی، تولید نیروی سیال مغناطیسی، واکنش های حرارتی هسته ای کنترل شده، دستگاه های ذخیره انرژی، قطارهای شناور مغناطیسی با سرعت بالا، نیروی محرکه الکترومغناطیسی برای کشتی ها، و کابل های انتقال نیرو اشاره کرد. تا به امروز، موفق ترین کاربردهای مواد ابررسانا آلیاژ Nb-Ti عبارتند از: پدال های گاز پرانرژی سیکلوترون بزرگ با قطر بیش از 1 کیلومتر و ابزارهای تشخیصی تصویربرداری تشدید مغناطیسی که به طور گسترده در بخش پزشکی استفاده می شود. اگرچه دانشمندان در اواسط{48} یک ابررسانا با دمای بالا ترکیب مس-اکسیژن را کشف کردند که می تواند در دمای نیتروژن مایع (77K) کار کند. با این حال، مواد ابررسانا آلیاژ Nb-Ti با عملکرد پردازش عالی منحصر به فرد خود، خواص ابررسانایی خوب در دمای پایین، هزینه نسبتاً کم و دهه ها تحقیق، تولید و تجربه توسعه کاربرد، آلیاژهای نیوبیم-تیتانیوم هنوز مهم ترین مواد ابررسانا عملی در جهان هستند. .