Niobowo-tytanowe złącza nadprzewodzące

Związek między technologią kwantową a nadprzewodnictwem
Obliczenia kwantowe i komunikacja w dużym stopniu opierają się na elementach nadprzewodzących, takich jak kapilary niobowo-tytanowe.

Kapilara niobowo-tytanowa

Materiał rurki kapilarnej Nb-Ti: Ti-45Nb, Nb53 procent Ti47 procent , Nb-50 procent Ti
Specyfikacja kapilary niobowo-tytanowej:
OD1mm X Grubość ściany 0.14mm X 1000mm
OD1.4mm X Grubość ścianki 0.14mm X 1000mm
OD2.2mm X Grubość ścianki 0.18mm X 1500mm

 

Nadprzewodnikowe złącza niobu i tytanu

Ze względu na zerową rezystancję materiałów nadprzewodzących, złącza nadprzewodzące niobowo-tytanowe (Nb-Ti) są powszechnie stosowane jako kable nadprzewodzące w energetyce.

 

Aby zapewnić ultrastabilne pole magnetyczne, praca w trybie ciągłym w systemie magnesów nadprzewodzących wymaga połączeń nadprzewodzących. Tutaj przedstawiamy szczegółowy raport z oceny połączeń nadprzewodzących niob-tytan, które zostały racjonalnie skonstruowane. Dwa rodzaje lutu ołowiowo-bizmutowego (Pb-Bi), w tym Pb42Bi58 jako nowy skład, zastosowano w technice wymiany matrycy lutowniczej w celu stworzenia nadprzewodzących złączy do zastosowań praktycznych. Przy 4,2 K wszystkie złącza osiągnęły prąd krytyczny większy niż 200 A. W teście cewki w pętli zamkniętej nasza ulepszona technika łączenia nadprzewodników dała całkowitą rezystancję obwodu 3,25 1014 przy 4,2 K w polu własnym. Na koniec pokazano działanie w trybie ciągłym w cewce solenoidu Nb-Ti z przełącznikiem prądu stałego. Badania te otworzą drzwi do stworzenia wysokowydajnych połączeń nadprzewodzących Nb-Ti do użytku w świecie rzeczywistym.

 

Nie jest możliwe wytworzenie silnego pola magnetycznego na małej przestrzeni przy użyciu zwykłych magnesów na bazie miedzi (Cu), ale magnesy nadprzewodzące mogą. Magnesy nadprzewodzące są często wykonane z niobu-tytanu (Nb-Ti), który ma temperaturę krytyczną (Tc) 9,2 K i jest używany w różnych rzeczywistych zastosowaniach. Zdolność do tworzenia godnych zaufania „połączeń nadprzewodzących” jest jedną z charakterystycznych cech Nb-Ti, która sprawia, że ​​nadaje się on do większości zastosowań komercyjnych. Magnes Nb-Ti może pracować w trybie trwałym i osiągać ultrastabilne pole magnetyczne (długookresowa prędkość dryfu pola magnetycznego rzędu 0,1 ppm/h) dzięki złączom nadprzewodzącym1.

Dwa końce magnesu nadprzewodzącego Nb-Ti należy podłączyć do przełącznika prądu stałego (PCS) wykorzystującego nadprzewodzące złącza niobowo-tytanowe, aby umożliwić pracę w trybie ciągłym. Opisano wytwarzanie nadprzewodzących połączeń przewodników Nb-Ti przy użyciu różnych technik, w tym wymiany matrycy lutowniczej2,3,4,5,6, zgrzewania ultradźwiękowego7, zgrzewania dyfuzyjnego8, prasowania na zimno9,1{59}} oraz zgrzewanie punktowe10,11. Z punktu widzenia niezawodności technika wymiany matrycy lutowniczej z użyciem lutu ołowiowo-bizmutowego (Pb-Bi), który jest nadprzewodnikiem w temperaturze 4,2 K, jest często stosowana w warunkach przemysłowych do tworzenia połączeń Nb-Ti11. Thornton poinformował o pierwszym wysokowydajnym lutowaniu Nb- Połączenia Ti wykonane techniką wymiany matrycy lutowniczej w 19862. W polu własnym przy 4,2 K, zamknięta pętla z pojedynczym złączem skonstruowanym na zewnątrz była w stanie osiągnąć krytyczną gęstość prądu (Jc) do 143 kA/cm2 . Rezystywność różnych połączeń Nb-Ti stworzonych przez Swensona i in. przy użyciu podejścia Thorntona oceniono przy użyciu konwencjonalnej techniki czterech sond3. Byli w stanie osiągnąć rezystancję stawów 1 1011 w 1 T przy 4,2 K. Wyniki dotyczące wielu połączeń Nb-Ti dla magnesu jądrowego rezonansu magnetycznego 400 MHz również opisali Cheng i in. W eksperymencie w pętli zamkniętej, jedno z ich stawów osiągnęło prąd krytyczny (Ic) 89,5 A i rezystancję złącza 1,8 1013 w 1 T przy 4,2 K. W przypadku magnesu 7 T ​​do rezonansu magnetycznego zwierząt (MRI), Liu et al. stworzyli również i zbadali złącza Nb-Ti5. Jego złącza, wykonane z drutu Nb-Ti/Cu o grubości 1,5 1 mm2, miały Ic 1160 A i 1,{58}} w 0,6 T przy 4,2 K. Niedawno, w 2015 roku, Motomune i wsp.6 zbadali obecne ścieżki w złączach Nb-Ti powstałych w wyniku wymiany matrycy lutowniczej. Pomimo faktu, że nadprzewodzące złącza Nb-Ti są często wykonywane w sektorze MRI i stanowią zasadniczą część magnesów MRI, nie wiele badań nad nadprzewodzącymi technikami łączenia wielowłókienkowych przewodników Nb-Ti.

W odpowiedzi w tej pracy oceniono dwie odmiany lutu Pb-Bi pod względem ich Jc i Tc jako realnych możliwości dla połączeń nadprzewodzących Nb-Ti. Następnie wykorzystano SEM do określenia idealnego czasu trawienia matrycy Cu cyną (Sn) i Sn Pb-Bi (SEM). Wyniki te doprowadziły do ​​wytworzenia połączeń nadprzewodzących w zasadniczo obojętnej atmosferze, aby zapobiec utlenianiu, oraz do ich scharakteryzowania w temperaturze 4,2 K w różnych polach magnetycznych. Jednozwojowa cewka Nb-Ti z zamkniętą pętlą została wykonana i przetestowana metodą pomiaru zaniku pola w celu dokładnego określenia rezystancji złącza. Pokazując działanie w trybie trwałym w prototypowym magnesie Nb-Ti, potwierdzono działanie w trybie trwałym w nowo skonstruowanych nadprzewodzących złączach niobowo-tytanowych dla magnesu w trybie trwałym.

Wnioski
Opisaliśmy metodę wymiany matrycy lutowniczej do nadprzewodzącego mocowania wielowłókienkowego przewodnika Nb-Ti wraz z wynikami badań złączy nadprzewodzących. Pierwszym krokiem było potwierdzenie składu dwóch lutów Pb-Bi, Pb44.5Bi55.5 i Pb42Bi58, które mogą mieć wpływ na ich możliwości nadprzewodnictwa. Oba luty miały deficyt Pb do 1,6%. Stwierdzono, że magnetyczne Jc Pb44,5Bi55,5 i Pb42Bi58 wynosi odpowiednio 2,9 103 Acm2 i 1,{20}} Acm2, w 1 T przy 4,2 K, ale Tc (początek) 8,5 K zmierzono dla obu stopów lutowniczych. Najlepsze osiągi, jakie kiedykolwiek zgłoszono, to Jc Pb44,5Bi55,5. Ic jednego z najlepszych połączeń wykonanych z Pb44.5Bi55.5 wyniósł 136 A w 1,65 T przy 4,2 K. Wyniki pomiaru magnetycznego były zgodne z niską wydajnością połączeń wykonanych z Pb42Bi58 w porównaniu z Pb44.5Bi55. 5. Zauważyliśmy również, że uzyskanie wysokiej wydajności połączenia nie sprzyjało luźnemu wiązaniu drutu miedzianego w złączu. Złącze zostało zbudowane z jednozwojowej cewki Nb-Ti z zamkniętą pętlą, dzięki czemu pomiar zaniku pola mógł być wykorzystany do dokładnego obliczenia rezystancji złącza. Zmierzona całkowita rezystancja obwodu, która jest zgodna ze specyfikacjami technicznymi dotyczącymi pracy w trybie ciągłym, wyniosła 3,25 1014 w polu własnym przy 4,2 K. Na koniec zastosowano cewkę elektromagnesu Nb-Ti z dwoma złączami i PCS aby pokazać działanie w trybie trwałym. Opracowanie wysokowydajnych połączeń nadprzewodzących Nb-Ti będzie możliwe dzięki metodycznym badaniom i odkryciom dotyczącym procedury połączeń nadprzewodzących niob-tytan przedstawionych w tym artykule.

 

 

 

 

Popularne Tagi: Niobowo-tytanowe złącza nadprzewodzące, dostawcy, producenci, fabryka, zindywidualizowane, kup, cena, wycena, jakość, na sprzedaż, w magazynie