ニオブチタン超電導合金技術の進歩と市場応用

ニオブチタン超電導合金は 1950 年代にアメリカ人によって研究され始めましたが、当初は高磁場で大きな電流密度が得られなかったため、すぐには開発、製造されませんでした。 1961 年までに、アメリカ人のハム (JK ハルム) らは、同国の「フィジカル レビュー」誌に初めてニオブ - チタン超電導合金 Tc を報告しました。 1962 年、アメリカ人ベルリンカウント (TG ベルリンカウント) らは、高い Jc を持つ Hc2 のニオブ - チタン超電導合金を初めて公開しました。同年、アメリカ人マティアス (BT マティアス) は、米国特許で最初のニオブを報告しました。チタン超電導素材マグネット。それ以来、ニオブチタン超電導合金材料は国際的に開発段階にあります。

ニオブチタン超電導合金は、既存の超電導技術で最も使用されている超電導材料の 1 つです。質量比がほぼ 1:1 の Nb-Ti 合金は良好な超電導特性を持ち、その超電導臨界転移温度 Tc=9.5K は液体ヘリウムの温度で動作可能であり、5T (50,{{8 ｝｝ Ｇｓ）磁場、伝送電流密度Ｊｃ １０５Ａ／ｃｍ２（４．２Ｋ）以上；最大 10T (100,000 Gs) (4.2K) の磁場適用。この合金は優れた加工性能も備えており、従来の超電導線材やストリップ製品の溶解、加工、熱処理プロセスを通じて得ることができます。そのため、研究が始まった60年代からはすぐに工業化された規模の生産に入りました。 70 年代後半の米国の年間生産量は 100 トンに達しました。中国も80年代に同時期に試験生産ラインを構築した。実用的な Nb-Ti 超電導材料のほとんどは、35% ～ 55% の Nb を含む単純な二元合金です。超電導特性を改善するために、いくらかのタンタルとジルコニウムを添加することができます。超電導の安定性のため、Nb-Ti超電導材料は一般にマトリックス材料として純銅、純アルミニウム、または銅ニッケル合金を使用し、Nb-Ti微細コアの組み合わせの複数のストランドに埋め込まれて複合マルチコア超電導材料を形成します。超電導線材には、最小コア径が1μmのNb-Tiコアを数十本から数十本組み込むことができます。さらに、さまざまな用途に応じて、多芯線を撚ったり転置したりすることもよくありますが、損失を低減し、電磁Nb-Ti超電導材料の安定性を高める効果を達成するための基本的な加工プロセスは、 : 自家消費型アーク炉またはプラズマ炉は、純チタンとニオブを溶解して合金インゴットにし、その後ビレットを熱間押出し、熱間圧延および冷間引抜でロッドにし、熱間圧延および冷間引抜でロッドを形成します。熱間圧延と冷間引抜きによりロッドを形成します。母材となる無酸素銅管にNb-Ti合金ロッドを挿入し、複合化して単芯ロッドを形成します。いくつかの複合材料を組み立てた後、多芯Nb-Ti超電導線材とストリップに加工されます。超電導体の超電導特性を向上させるために、材料は複数回の大規模な冷間加工（加工率90％以上）と低温（400度以下）の時効熱処理を受ける必要があります。これにより、超電導体は十分な効果的なピン止め中心を得ることができます。材料。超電導体のゼロ抵抗効果によりジュール熱損失が発生せず、Nb-Ti超電導体は強磁場中で非常に高い輸送電流能力を発揮できるため、Nb-Ti超電導材料はこの分野での応用に特に適しています。電気工学における大電流、強力な磁場の影響。例としては、高磁場磁石、発電機、電気モーター、磁性流体発電、制御された熱核反応、エネルギー貯蔵装置、高速磁気浮上列車、船舶の電磁推進、送電ケーブルなどが挙げられます。現在までに、Nb-Ti 合金超電導材料の最も成功した応用例は、直径 1km 以上の大型サイクロトロン高エネルギーアクセルペダルと、医療分野で広く使用されている磁気共鳴画像診断装置です。 -80 年代中期の科学者は、液体窒素温度 (77K) で動作できる銅と酸素の化合物高温超伝導体を発見しました。しかし、ニオブチタン合金超電導材料は、独自の優れた加工性能、優れた低温超電導特性、比較的低コスト、数十年にわたる研究、生産、応用開発の経験を備えており、依然として世界で最も重要な実用的な超電導材料です。 。