微米尺度NbTi超导材料的低温力学性能研究

发布时间：2017-05-29 22:10

  本文关键词：微米尺度NbTi超导材料的低温力学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：ITER计划是我国目前参与最大的国际科研合作项目之一,主要功能是验证和平利用核聚变的可能性。该装置的实现原理是通过托克马克(tokamak)磁体产生巨大磁场以约束高温等离子体,从而实现可控的核聚变反应。托克马克磁体中使用4.5K液氦流冷却Nb Ti或Nb3Sn绕制管状电缆超导体(简称CICC导体)。其中微米尺度Nb Ti单丝是构成Nb Ti/Cu超导复合丝的主要部分,研究该超导丝的力学性能成为CICC导体乃至托克马克磁体结构安全性、功能性设计的基础之一。另一方面,微机电系统、微器件大量采用尺度在微米或亚微米量级的铜丝、金属薄膜等微尺度材料,这些材料低温力学性能的研究将为这种器件的低温应用提供保障,因此针对微米尺度材料的低温性能研究不论是从面向国家的需求,还是学科前沿均具有重要的科学意义。考虑微尺度材料低温力学性能测试的需要,在华中科技大学研制的纤维材料拉伸机的基础上自行研制了温度精确控制的装置,实现了微尺度材料在低温环境下的力学性能测试。采用该装置对不同直径、不同拉伸速率及不同温度下微米级铜丝进行实验研究。测试结果表明,低温下不同直径的微米级铜丝有尺度效应,然而在常温下没有明显的尺度效应。常温和低温下5-30mm/min区间的拉伸速率对微米铜丝的影响不明显。不同温度下35μm和50μm铜丝的杨氏模量和抗拉强度表现出温度依赖性,抗拉强度和杨氏模量均与温度变化成线性关系,但屈服强度随着温度变化不明显。为了研究液氮环境Nb Ti超导细丝的力学性能,我们另外设计了一套在常温和液氮环境下微尺度材料拉伸的实验装置,采用该装置对微米尺度不同直径的Nb Ti细丝、两丝绞线、三丝绞线进行了实验研究。测试结果表明,微米尺度Nb Ti细丝在常温和液氮环境下没有尺度效应,从拉伸曲线的初始段和卸载段计算得到结果在数值上变化不大。通过对7μm Nb Ti细丝进行十次重复加卸载实验后发现,与拉伸曲线相比有明显的退化现象。最后,通过对比细丝绞线结构常、低温下的结果发现,常温下绞线结构的抗拉强度与单丝相比变化不明显,而低温下呈显著增强趋势,主要原因是低温下丝间的摩擦作用不可忽略。
【关键词】：微米尺度 尺度效应 微米铜丝 NbTi超导丝 不同温度 细丝绞线
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM26
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.3 本文的主要工作13-15
• 第二章 微米级铜丝的低温力学性能研究15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 可视化变温环境纤维材料拉伸试验机15-21
• 2.2.1 仪器操作步骤18-21
• 2.3 测试结果及讨论21-28
• 2.3.1 不同直径的拉伸21-23
• 2.3.2 不同拉伸速率的拉伸23-25
• 2.3.3 不同温度的拉伸25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 NbTi纤维丝的常低温力学性能研究29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 测试装置29-31
• 3.3 测试结果及讨论31-38
• 3.3.1 微米尺度NbTi细丝的加卸载实验32-34
• 3.3.2 不同直径NbTi细丝的拉伸34-36
• 3.3.3 不同NbTi绞线的拉伸36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 总结与展望40-42
• 4.1 主要结论40
• 4.2 工作展望40-42
• 参考文献42-45
• 在校期间的研究成果45-46
• 致谢46

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本文编号：405797