【摘 要】
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相比于目前大规模应用的Nb3Sn超导线材,Nb3Al具有更高的超导转变温度（Tc）、上临界场(Hc2),以及高场临界电流密度（Jc）,尤其是其无阻载流性能具有更为优异的抵抗应变能力。Nb3Al作为未来高场应用的理想超导材料,其超导性能的优化和磁通钉扎机理研究具有重要意义。本文对粉末装管法（PIT）法制备的超导前驱线,结合快热急冷转变（RHQT）成相技术,研究了Sn掺杂和原始粉体粒径对Nb3Al超导
【基金项目】
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国家重点研究发展项目（2017YFE0301401）； 国家自然科学基金（批准号:51702266,51302224,51377138,51271155）； 四川省科学基金（批准号:2017JY0057,2018JY0003）；
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相比于目前大规模应用的Nb3Sn超导线材,Nb3Al具有更高的超导转变温度（Tc）、上临界场(Hc2),以及高场临界电流密度（Jc）,尤其是其无阻载流性能具有更为优异的抵抗应变能力。Nb3Al作为未来高场应用的理想超导材料,其超导性能的优化和磁通钉扎机理研究具有重要意义。本文对粉末装管法（PIT）法制备的超导前驱线,结合快热急冷转变（RHQT）成相技术,研究了Sn掺杂和原始粉体粒径对Nb3Al超导线材基础物理性能的影响和成相过程。论文具体地研究了Sn掺杂对RHQT Nb3Al线材晶体结构、微观形貌、化学成分、超导性能和线材的成相规律,并且研究了RHQ能量密度对两种不同粉体粒径Nb3Al线材成相规律和超导性能的影响。得到的研究结果如下:结合PIT法和RHQT法,制备了Sn掺杂的Nb3Al1-xSnx（x=0～0.08）超导线材。低温成相后的Nb3Al1-xSnx线材为单一A15结构Nb3Al超导相,线材的超导性能高于纯样,在Sn掺杂量x=0.04时,线材的超导性能最好,具体为Tc和△Tc分别达到17.1 K和0.4 K,Jc达到2.1×10~5 A/cm~2@（8 K,5 T）,Birr在8 K温度时达到17.22 T,表明一定剂量Sn掺杂能大幅提高线材的超导性能。Nb3Al1-xSnx（x=0.02～0.08）超导线材具有均一的微观形貌,且Nb、Al成分接近计量比,钉扎力曲线拟合表明,Sn掺杂Nb3Al超导线材符合面钉扎机制,结合文献报道推测堆垛层错为有效的磁通钉扎中心。Sn掺杂的Nb3Al线材在RHQ淬冷后形成了bcc的Nb（Al）ss相,其成相行为与纯样一致。采用不同粒径的原始粉体（45μm Nb粉+45μm Al粉以及5μm Nb粉+25μm Al粉）,通过PIT工艺制备Nb3Al前驱体线材,随后RHQT热处理获得超导线材。淬冷后的线材为Nb（Al）ss相,低温相变热处理后得到A15结构Nb3Al超导线材。超导线材的物相和超导性能由RHQ能量密度主导,与原始粉体相关性不强,较低的RHQ能量密度制备的Nb3Al超导线材中有Nb2Al杂相。对于5μm Nb粉和45μm Nb粉的前驱线,RHQ能量密度为9.54 J/mm~3和10.26 J/mm~3制备的Nb3Al线材超导性能最佳:两种线材的Tc性能接近,但5μm Nb粉的△Tc为45μm Nb粉的70%,然而采用Bean模型计算得到的Jc,45μm Nb粉线材的达到9.03×10~4 A/cm~2@10 K,5 T,比5μm Nb粉线材的高65%。两种超导线材由Kramer Plot推导的不可逆场Birr数值接近,钉扎类型都符合面钉扎机制。
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