具有细晶粒尺寸和高临界电流密度的内部氧化 Nb3Sn 线材
材料科学
2015-11-11 v1
摘要
Nb3Sn 超导线材是产生高磁场 (12-16 T) 最实用的导体，因此在核磁共振 (NMR) 中具有重要应用，并在聚变反应堆和粒子加速器磁体方面具有巨大潜力。高临界电流密度 (Jc) 是此类应用的关键参数。针对各种因素的优化努力使得 Jc 从 20 世纪 90 年代初到 2003 年提高了 80%，当时 4.2 K、12 T 下的非基体 Jc 达到了 3000 A/mm²（相当于 Nb3Sn 层 Jc 为 5000 A/mm²）。然而，过去十年的进一步努力未能使该水平进一步提升，导致一些研究人员得出结论，认为传统 Nb3Sn 线材的 Jc 已达到最大值。然而在此，通过应用内部氧化方法，我们将晶粒尺寸减小了三倍，并使 12 T Jc 几乎翻倍。在该方法中，以 Nb-Zr 合金为起始材料制备 Nb3Sn 线材；通过氧化物粉末适当供氧，Nb-Zr 合金中的 Zr 原子发生内部氧化，在 Nb3Sn 层中形成细小的晶内和晶间 ZrO2 颗粒，从而有效细化 Nb3Sn 晶粒尺寸。在 625 {\deg}C 的反应温度下，晶粒尺寸已降至 20-50 nm（平均 36 nm）。对于该样品，4.2 K、12 T 下的 Nb3Sn 层 Jc 达到了 9600 A/mm²。
引用
@article{arxiv.1411.5397,
title = {Internally Oxidized Nb3Sn Strands with Fine Grain Size and High Critical Current Density},
author = {Xingchen Xu and Michael D. Sumption and Xuan Peng},
journal= {arXiv preprint arXiv:1411.5397},
year = {2015}
}
备注
5 pages, 5 figures, to be published in Advanced Materials, 2014