Niobijum-titanijumski superprovodni spojevi

Veza između kvantne tehnologije i supravodljivosti
Kvantno računarstvo i komunikacija u velikoj se mjeri oslanjaju na supravodljive predmete kao što su kapilarne cijevi od niobijum titanijuma.

Niobium Titanium kapilarna cijev

Materijal Nb-Ti kapilarne cijevi: Ti-45Nb, Nb53 posto Ti47 posto, Nb-50 posto Ti
Specifikacija kapilarne cijevi niobij-titan:
OD1mm X Debljina zida 0.14mm X 1000mm
OD1.4mm X Debljina zida 0.14mm X 1000mm
OD2.2mm X Debljina zida 0.18mm X 1500mm

 

Niobij titan supravodljivi spojevi

Zbog nulte otpornosti supravodljivih materijala, niobij-titanijum (Nb-Ti) supravodljivi spojevi se obično koriste kao supravodljivi kablovi u energetskoj industriji.

 

Da bi se obezbedilo ultra-stabilno magnetno polje, rad u trajnom režimu u sistemu supravodljivih magneta zahteva supravodljive spojeve. Ovdje dajemo detaljan izvještaj o evaluaciji niobijum-titanijum superprovodljivih spojeva koji su racionalno konstruisani. Dva tipa olovno-bizmutnog (Pb-Bi) lema, uključujući Pb42Bi58 kao novu kompoziciju, korištena su u tehnici zamjene matrice lemljenja za stvaranje supravodljivih spojeva za praktičnu primjenu. Na 4,2 K, svi spojevi su dostigli kritičnu struju veću od 200 A. U testu zavojnice zatvorene petlje, naša poboljšana tehnika supravodljivog spajanja proizvela je ukupni otpor kola od 3.25 1014 na 4,2 K u vlastitom polju. Na kraju, ali ne i najmanje važno, prikazan je rad u trajnom režimu u Nb-Ti solenoidnoj zavojnici sa prekidačem trajne struje. Ovo istraživanje će otvoriti vrata za stvaranje Nb-Ti supravodljivih spojeva visokih performansi za upotrebu u stvarnom svijetu.

 

Nije moguće stvoriti snažno magnetsko polje u malom prostoru koristeći obične magnete na bazi bakra (Cu), ali supravodljivi magneti mogu. Superprovodljivi magneti su često napravljeni od niobijum-titanijuma (Nb-Ti), koji ima kritičnu temperaturu (Tc) od 9,2 K i koristi se u raznim primenama u stvarnom svetu. Sposobnost stvaranja pouzdanih "superprovodljivih spojeva" jedna je od karakterističnih karakteristika Nb-Ti koja ga čini pogodnim za većinu komercijalnih primjena. Nb-Ti magnet može funkcionisati u trajnom režimu i postići ultra-stabilno magnetno polje (dugoročna brzina drifta magnetnog polja reda veličine 0.1 ppm/h) zahvaljujući supravodljivim spojevima1.

Dva kraja Nb-Ti supravodljivog magneta treba da budu povezana sa prekidačem trajne struje (PCS) koristeći spojeve niobij-titanijum superprovodnika kako bi se omogućio rad u trajnom režimu. Izrada supravodljivih veza Nb-Ti provodnika je prijavljena korištenjem raznih tehnika, uključujući zamjenu matrice lemljenja2,3,4,5,6, ultrazvučno zavarivanje7, difuzijsko zavarivanje8, hladno prešanje9,10 i tačkasto zavarivanje10,11. Sa stanovišta pouzdanosti, tehnika zamjene matrice za lemljenje korištenjem olovno-bizmutnog (Pb-Bi) lema, koji je supravodljiv na 4,2 K, često se koristi u industrijskim okruženjima za stvaranje Nb-Ti spojeva11. Thornton je izvijestio o prvom visokoučinkovitom Nb- Ti spojevi napravljeni tehnikom zamjene matrice lemljenja 19862. U vlastitom polju na 4,2 K, zatvorena petlja sa jednim spojem koji je konstruisan spolja mogla je da dostigne kritičnu gustinu struje (Jc) do 143 kA/cm2 . Otpornost različitih Nb-Ti spojeva stvorenih od strane Swenson et al. korištenjem Thorntonovog pristupa procijenjena je konvencionalnom tehnikom četiri sonde3. Bili su u stanju da postignu otpor zglobova od 1 1011 u 1 T na 4,2 K. Rezultate na brojnim Nb-Ti spojevima za magnet nuklearne magnetne rezonancije od 400 MHz također su izvijestili Cheng et al. U eksperimentu zatvorene petlje, jedan od njihovih zglobova dostigao je kritičnu struju (Ic) od 89,5 A i otpor zgloba od 1.8 1013 u 1 T na 4,2 K. Za magnet za magnetnu rezonancu (MRI) od 7 T životinja, Liu et al. takođe je napravio i ispitao Nb-Ti spojeve5. Njegovi spojevi, koji su napravljeni od 1.5 1 mm2 Nb-Ti/Cu žice, imali su Ic od 1,160 A i 1.5 1014 u 0,6 T na 4,2 K. Nedavno, 2015. godine, Motomune et al.6 istraživali su strujne puteve u Nb-Ti spojevima nastalim zamjenom matrice lemljenja. Uprkos činjenici da se Nb-Ti supravodljivi spojevi često prave u MRI sektoru i da su suštinski dio magneta za MRI, nije bilo mnogo istraživanja o tehnikama supravodljivog spajanja za multifilamentne Nb-Ti provodnike.

Kao odgovor, dvije varijante Pb-Bi lema su u ovom radu ocijenjene u smislu njihovih Jc i Tc kao održive mogućnosti za Nb-Ti supravodljive spojeve. SEM je zatim korišten za određivanje idealnog vremena jetkanja za Cu matricu s kalajem (Sn) i Sn sa Pb-Bi (SEM). Ovi rezultati su doveli do proizvodnje supravodljivih spojeva u uglavnom inertnoj atmosferi kako bi se spriječila oksidacija i njihova karakterizacija na 4,2 K u različitim magnetnim poljima. Napravljen je i ispitan jednookretni Nb-Ti kalem zatvorene petlje metodom mjerenja raspada polja kako bi se precizno odredio otpor spoja. Prikazujući rad u perzistentnom režimu u prototipu Nb-Ti magneta, potvrđeno je funkcionisanje perzistentnog režima u novokonstruisanim niobijum-titanijumskim supravodljivim spojevima za magnet sa postojanim modom.

Zaključci
Opisali smo metodu zamjene matrice lemljenja za supravodljivo pričvršćivanje multifilamentnog Nb-Ti provodnika, zajedno s rezultatima ispitivanja za supravodljive spojeve. Prvi korak je bio potvrda sastava dva Pb-Bi lema, Pb44.5Bi55.5 i Pb42Bi58, što može uticati na njihove supravodljive sposobnosti. Oba vojnika su imala manjak Pb do 1,6 posto. Utvrđeno je da je magnetni Jc Pb44.5Bi55.5 i Pb42Bi58 2.9 103 Acm2 i 1.19 103 Acm2, respektivno, u 1 T na 4,2 K, ali Tc (početak) od 8,5 K je izmjeren za oba lema. Najbolji učinak ikad zabilježen je bio Jc Pb44.5Bi55.5. Ic jednog od najboljih spojeva napravljenih sa Pb44.5Bi55.5 bio je 136 A u 1,65 T na 4,2 K. Rezultati magnetnog mjerenja bili su u skladu sa podparnim performansama spojeva napravljenih sa Pb42Bi58 u odnosu na Pb44.5Bi55. 5. Također, primijetili smo da postizanju visokih performansi spoja nije pogodovalo labavo vezivanje Cu žice u spoju. Spoj je konstruiran sa zavojnicom Nb-Ti zatvorene petlje sa jednim okretom, tako da se mjerenje opadanja polja moglo koristiti za precizno izračunavanje otpora spoja. Izmjereni ukupni otpor kola, koji je u skladu sa tehničkim specifikacijama za rad u stalnom režimu, bio je 3.25 1014 u vlastitom polju na 4,2 K. Na kraju je korišten Nb-Ti solenoidni kalem sa dva spoja i PCS za prikaz rada u trajnom modu. Razvoj Nb-Ti supravodljivih spojeva visokih performansi omogućit će se metodičkim istraživanjem i nalazima o proceduri Niobij-Titanijum supravodljivih spojeva opisanih u ovom radu.

 

 

 

 

Popularni tagovi: Niobij-titan superprovodni spojevi, dobavljači, proizvođači, tvornica, prilagođeni, kupovina, cijena, ponuda, kvalitet, prodaja, na lageru