【摘 要】
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由于Nb3Al材料具有比Nb3Sn更高的超导转变温度（Tc）、上临界场(Hc2)、临界电流密度（Jc）,以及在高场下更良好的抗应变特性,是未来磁约束核聚变反应堆材料的理想之选,故开展此项研究是很有意义的。日本NIMS团队通过套管法与卷绕法研究Mg、Ge掺杂的Nb3Al超导体。掺杂Mg进入Nb3Al体系主要为了提升线材的加工性,但对其性能及成相研究较少;将Ge掺杂入Nb3Al多芯超导线材提升了超导性
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由于Nb3Al材料具有比Nb3Sn更高的超导转变温度（Tc）、上临界场(Hc2)、临界电流密度（Jc）,以及在高场下更良好的抗应变特性,是未来磁约束核聚变反应堆材料的理想之选,故开展此项研究是很有意义的。日本NIMS团队通过套管法与卷绕法研究Mg、Ge掺杂的Nb3Al超导体。掺杂Mg进入Nb3Al体系主要为了提升线材的加工性,但对其性能及成相研究较少;将Ge掺杂入Nb3Al多芯超导线材提升了超导性能,可是由于热处理后直接生成脆性A15相,在制作长线以及线圈方面有较大难题。本论文主要通过粉末装管法制备Mg、Ge掺杂的Nb3Al线材。通过粉末装管法,容易将掺杂元素引入Nb3Al体系,工艺简单,且方便研究Nb3Al成相与超导性能间的关联,对以后大批量工业化生产有指导意义。本论文得到的主要研究结论如下:通过粉末装管法制备了不同Mg元素掺杂含量的Nb3(Al1-xMgx)（x=0.01～0.05）超导线材。3 at%Mg掺杂样品在RHQ处理后保留Nb（Al）ss bcc相。3 at%Mg掺杂的Nb3Al样品有最高Tc（17.3 K）以及最窄（35）Tc（0.7 K）,性能比纯样的测试结果优异。3 at%Mg掺杂样品超导层Jc在8 K,5 T的条件下达到3.4×10~5 A/cm~2,这个值约为纯Nb3Al样品最佳Jc值（2.0×10~5 A/cm~2）的两倍,证明Mg掺杂入Nb3Al体系后,对样品的性能是有提升的。且3 at%Mg掺杂样品在8 K和12 K的Birr值分别是15.7 T以及8.5 T,都比纯样高。3 at%Mg掺杂Nb3Al样品在快热急冷退火处理后表面平滑,元素成分比例接近Nb3Al标准计量比3:1。使用不同粒径Nb粉制备Nb3(Al0.95Ge0.05)前驱线材。采用5μm Nb粉制备的前驱线在RHQ后直接获得A15相Nb3Al,而使用45μm Nb粉制备的前驱线RHQ后保留bcc相。RHQT制备的Nb3(Al0.95Ge0.05)超导体的Tc都超过18.2 K,比纯Nb3Al样品的17.2K高;Nb3(Al0.95Ge0.05)超导体（35）Tc最小为0.7 K。通过bcc相转变得到的A15相Nb3(Al0.95Ge0.05)超导体的Jc和Birr值均优于淬冷后A15相有序化的超导体,可能是在bcc→A15相转变过程形成高密度的层错作为磁通钉扎中心。经过快速加热淬火处理（RHQ）后,Nb3(Al0.95Ge0.05)线材芯丝都表现出致密光滑的表面形貌,表明样品具有良好的晶粒连通性。能量密度为10.56 J/mm~3的Nb3(Al0.95Ge0.05)样品在面扫描后的元素分布结果是比较均匀,且成分比例也接近纯样Nb/Al比3:1的标准化学计量比组成。
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