Progrès technologiques de l’alliage supraconducteur niobium-titane et application sur le marché

Les alliages supraconducteurs niobium-titane ont commencé à être étudiés par les Américains dans les années 1950 et n'ont pas été initialement développés et produits rapidement en raison des fortes densités de courant dans des champs élevés qui n'ont pas été obtenus. En 1961, les Américains Ham (JK Halm) et d'autres, dans la publication nationale "Physical Review", rapportèrent pour la première fois un alliage supraconducteur niobium-titane Tc. 1962, les Américains Berlincounrt (TG Berlincounrt) et d'autres ont été les premiers à publier un alliage supraconducteur niobium-titane de Hc2 avec un Jc élevé, la même année, les Américains Mathias (BT Mathias) dans le brevet américain ont rapporté le premier niobium- aimant en matériau supraconducteur en titane. Depuis lors, les matériaux d'alliage supraconducteurs niobium-titane sont en phase de développement dans l'application internationale.

Les alliages supraconducteurs niobium-titane sont l’un des matériaux supraconducteurs les plus utilisés dans la technologie supraconductrice existante. Rapport de masse de près de 1:1 L'alliage Nb-Ti a une bonne supraconductivité, sa température de transition critique supraconductrice Tc=9.5K, peut fonctionner à la température de l'hélium liquide, il est dans le 5T (50,{{8 }} Gs) champ magnétique, la densité de courant de transmission Jc supérieure ou égale à 105A/cm2 (4,2K) ; l'application la plus élevée du champ jusqu'à 10T (100,000 Gs) (4,2K). L'alliage a également d'excellentes performances de traitement, qui peuvent être obtenues grâce au processus traditionnel de fusion, de traitement et de traitement thermique des produits en fils et bandes supraconducteurs. C'est pourquoi, à partir des années 60, après le début de la recherche, la production à l'échelle industrielle est rapidement entrée. Aux États-Unis, à la fin des années 70, la production annuelle atteignait une centaine de tonnes ; Dans les années 80, à peu près à la même époque, la Chine a également construit une ligne de production pilote. La plupart des matériaux supraconducteurs Nb-Ti pratiques sont des alliages binaires simples contenant 35 % à 55 % de Nb ; du tantale et du zirconium peuvent être ajoutés pour améliorer les propriétés supraconductrices. En raison de la stabilité de la supraconductivité, les matériaux supraconducteurs Nb-Ti utilisaient couramment du cuivre pur, de l'aluminium pur ou un alliage cuivre-nickel comme matériau de matrice, intégrés dans les multiples brins de la combinaison de noyaux fins Nb-Ti dans un matériau supraconducteur composite multicœur. Un fil supraconducteur peut contenir des dizaines à des dizaines de brins de noyau Nb-Ti, le diamètre du noyau étant le plus petit jusqu'à 1 μm. De plus, selon l'utilisation de différentes occasions, mais il faut aussi souvent tordre le fil multicœur et la transposition, pour obtenir l'effet de réduire les pertes et d'augmenter la stabilité des matériaux supraconducteurs électromagnétiques Nb-Ti du ​​processus de traitement de base. : Le four à arc ou le four à plasma à autoconsommation sera constitué de titane pur et de niobium fondant en un lingot d'alliage, puis d'extrusion à chaud de billettes, laminées à chaud et étirées à froid en tiges, laminées à chaud et étirées à froid en tige. Par laminage à chaud et étirage à froid en tiges ; puis des tiges d'alliage Nb-Ti insérées dans le tube de cuivre sans oxygène comme matériau de base, composites en une tige monocœur ; et après plusieurs assemblages composites, transformation en fil et bande supraconducteurs multicœurs Nb-Ti. Le matériau doit être soumis à plusieurs traitements à froid importants (taux de traitement supérieur à 90 %) et à un traitement thermique de vieillissement à basse température (inférieur à 400 degrés), afin que le supraconducteur obtienne un centre de fixation suffisamment efficace pour améliorer les propriétés supraconductrices du supraconducteur. matériels. En raison de l'effet de résistance nulle des supraconducteurs, il n'y a aucune perte de chaleur par effet Joule, et les supraconducteurs Nb-Ti dans le champ magnétique puissant peuvent transporter une capacité de courant de transport très élevée, de sorte que les matériaux supraconducteurs Nb-Ti sont particulièrement adaptés à l'application sur le terrain. de courant élevé et fort champ magnétique de l'électrotechnique. Les exemples incluent les aimants à champ élevé, les générateurs, les moteurs électriques, la production d’énergie par fluide magnétique, les réactions thermonucléaires contrôlées, les dispositifs de stockage d’énergie, les trains à sustentation magnétique à grande vitesse, la propulsion électromagnétique pour les navires et les câbles de transmission d’énergie. À ce jour, les applications les plus réussies des matériaux supraconducteurs en alliage Nb-Ti sont : les grandes pédales d'accélérateur à haute énergie de cyclotron d'un diamètre de plus de 1 km et les instruments de diagnostic d'imagerie par résonance magnétique largement utilisés dans le secteur médical. Bien que les scientifiques du milieu des années -80 aient découvert un supraconducteur à haute température composé de cuivre et d'oxygène qui peut fonctionner à des températures d'azote liquide (77K) ; Cependant, les matériaux supraconducteurs en alliage Nb-Ti avec leurs propres excellentes performances de traitement, leurs bonnes propriétés supraconductrices à basse température, leur coût relativement faible et des décennies d'expérience en recherche, production et développement d'applications, les alliages niobium-titane restent les matériaux supraconducteurs pratiques les plus importants au monde. .