微米尺度NbTi超導材料的低溫力學性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、ITER計劃是我國目前參與最大的國際科研合作項目之一,主要功能是驗證和平利用核聚變的可能性。該裝置的實現(xiàn)原理是通過托克馬克(tokamak)磁體產(chǎn)生巨大磁場以約束高溫等離子體,從而實現(xiàn)可控的核聚變反應。托克馬克磁體中使用4.5K液氦流冷卻NbT i或Nb3Sn繞制管狀電纜超導體(簡稱CICC導體)。其中微米尺度NbTi單絲是構(gòu)成NbT i/Cu超導復合絲的主要部分,研究該超導絲的力學性能成為CICC導體乃至托克馬克磁體結(jié)構(gòu)安全性、功能性

2、設(shè)計的基礎(chǔ)之一。另一方面,微機電系統(tǒng)、微器件大量采用尺度在微米或亞微米量級的銅絲、金屬薄膜等微尺度材料,這些材料低溫力學性能的研究將為這種器件的低溫應用提供保障,因此針對微米尺度材料的低溫性能研究不論是從面向國家的需求,還是學科前沿均具有重要的科學意義。
  考慮微尺度材料低溫力學性能測試的需要,在華中科技大學研制的纖維材料拉伸機的基礎(chǔ)上自行研制了溫度精確控制的裝置,實現(xiàn)了微尺度材料在低溫環(huán)境下的力學性能測試。采用該裝置對不同直徑

3、、不同拉伸速率及不同溫度下微米級銅絲進行實驗研究。測試結(jié)果表明,低溫下不同直徑的微米級銅絲有尺度效應,然而在常溫下沒有明顯的尺度效應。常溫和低溫下5-30mm/min區(qū)間的拉伸速率對微米銅絲的影響不明顯。不同溫度下35μm和50μm銅絲的楊氏模量和抗拉強度表現(xiàn)出溫度依賴性,抗拉強度和楊氏模量均與溫度變化成線性關(guān)系,但屈服強度隨著溫度變化不明顯。
  為了研究液氮環(huán)境NbTi超導細絲的力學性能,我們另外設(shè)計了一套在常溫和液氮環(huán)境下微

4、尺度材料拉伸的實驗裝置,采用該裝置對微米尺度不同直徑的NbTi細絲、兩絲絞線、三絲絞線進行了實驗研究。測試結(jié)果表明,微米尺度NbTi細絲在常溫和液氮環(huán)境下沒有尺度效應,從拉伸曲線的初始段和卸載段計算得到結(jié)果在數(shù)值上變化不大。通過對7μm NbTi細絲進行十次重復加卸載實驗后發(fā)現(xiàn),與拉伸曲線相比有明顯的退化現(xiàn)象。最后,通過對比細絲絞線結(jié)構(gòu)常、低溫下的結(jié)果發(fā)現(xiàn),常溫下絞線結(jié)構(gòu)的抗拉強度與單絲相比變化不明顯,而低溫下呈顯著增強趨勢,主要原因是

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