CC BY
21
Рубрика 2. НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ Направление «Физика конденсированного состояния»
УДК [ШС] 621.774.37:539.319 DOI 10.17816/transsyst20195231 -46
© В.П. Коржов, В.Н. Зверев
Институт физики твердого тела РАН (Черноголовка, Московская обл., Россия)
МНОГОСЛОЙНАЯ СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ ЛЕНТА СПЛАВА М50Т1, ПОЛУЧЕННАЯ ИЗ КОМПОЗИТА Си/М/Т ТВЕРДОФАЗНЫМ СПОСОБОМ
Цель: Создание многослойной сверхпроводящей ленты из ниобий-титанового сплава.
Методы: Методами диффузионной сварки и пакетной прокатки за два цикла изготовлены опытные образцы многослойной ленты на основе сверхпроводящего сплава КЫЬ-50%Т1 В качестве стабилизатора сверхпроводящего состояния проводника использовалась медь. На начальном этапе из фольг ниобия и титана собирался многослойный пакет КЫЬ/Т1 Медные стабилизирующие слои закладывались в пакет во 2-м цикле изготовления ленты. Взаимодействие между ниобием и титаном происходило, в основном, за счет диффузии ниобия в слои титана с образованием на их месте сплава КЫЬ-50%Т1
Результаты: Измерения критического тока I, при параллельной и перпендикулярной ориентации магнитного поля относительно плоскости слоев в композите показали большую анизотропию I,;, что было результатом закрепления сверхпроводящих вихрей преимущественно на границах КЬТ^сплава и КЬ-твердого раствора. В целом композит был способен проводить большой электрический ток в магнитных полях 5-6 Тесла без длительного низкотемпературного отжига для выпадения а-фазы, который необходим в случае композитов из ниобий -титановых сплавов, получаемых по известной технологии.
Ключевые слова: сверхпроводящая лента, многослойный композит, сплав КЫЬ-Т^ твердофазный способ, взаимная диффузия, пакетная прокатка, критический ток, сверхпроводящий вихрь, пиннинг.
Rubric 2: SCIENTIFIC AND PRACTICAL DEVELOPMENTS Field "Condensed matter physics"
© Valery P. Korzhov, Vladimir N. Zverev
Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences (Chernogolovka, Moscow Oblast, Russia)
MULTILAYER SUPERCONDUCTING Nb50Ti ALLOY TAPE, OBTAINED FROM THE COMPOSITE Cu/Nb/Ti THROUGH SOLID-PHASE METHOD
Aim: Creation of multilayer superconducting tape made of Nb-Ti alloy.
Methods: Using the methods of diffusion welding and packet rolling, for two cycles the prototypes of a multilayer tape based on a superconducting Nb-50% Ti alloy were made. Copper was used as a stabiliser of the superconducting state of the conductor. At the initial stage, a multilayer Nb-Ti pack was assembled from niobium and titanium foils. Copper stabilising layers were laid in the pack in the 2nd cycle of tape manufacturing. The mutual diffusion between the Nb- and Ti-layers took place generally at the expense of niobium diffusing into the layers of titanium, with the Nb-50 % Ti alloy emerging in their place.
Results: Measurements of the critical current Ic with a perpendicular and parallel orientation of the magnetic field relative to the plane of the layers in the composite showed large anisotropy of Ic, which was the result of the superconducting vortices fixing exclusively at the boundaries of the Nb-Ti-alloy and the Nb-solid solution. In general, the composite was capable of carrying large current in magnetic fields of 5-6 T without long-lasting low-temperature annealing for a-phase deposition, which is necessary in the case of Nb-Ti alloy composites produced by the known technology.
Keywords: superconducting tape, multilayer composite, Nb-Ti alloy, solid-phase method, mutual diffusion, batch packet rolling, critical current, superconducting vortex, pinning.
Введение
Интенсивность исследований сверхпроводящих сплавов ниобий-титан приходится на период 1960-1970-х годов. В те годы проблеме сверхпроводящих сплавов вообще и NbTi, в частности, посвящались регулярные конференции, проводимые в ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН. Развитие этих исследований можно проследить в издаваемых в те годы сборниках статей конференций, а также двух сборниках статей ведущих научных коллективов страны под редакцией член-корреспондента АН СССР Е.М. Савицкого и его коллег [1-7]. В СССР эти исследования воплотились в разработку промышленной технологии получения многожильных сверхпроводящих материалов на основе сплава Nb-50Ti, пережившей, уже в XXI-м веке, свое новое возрождение. Но в настоящее
время исследовательские работы по сверхпроводящим сплавам КЬТ почти не ведутся.
Исследуя целый ряд многослойных материалов, получаемых с помощью пакетной прокатки, на предмет зависимости их механических свойств от толщины слоев, нами были получены композиты ниобия со сверхпроводящими сплавами КЫЬ-31 и 50 мас.%Т1 - МЬ/МЬ31Т1 и МЬ/МЬ50Т1 [8, 9]. Целью было измерить критическую плотность тока | в зависимости от толщины слоев (МЬ-Т1)-сплавов. Оказалось, что зависимость ^О, где t - толщина слоя сверхпроводника, подчинялась соотношению Холла-Петча, если прочность а заменить критической плотностью тока, а размер зерна - толщиной сверхпроводящего слоя.
Что касается сверхпроводимости выбранных композитов, то известно, что в сверхпроводниках 2-го рода критическая плотность тока | зависит от того, насколько эффективно сверхпроводящие вихри будут закрепляться на дефектах структуры, то есть | является такой же, а может быть в большей степени, как и твердость или прочность, структурно -зависящей характеристикой материала. В.В. Шмидт [10] при теоретическом рассмотрении взаимодействия вихрей с плоской поверхностью сверхпроводника показал, что даже бездефектные сверхпроводящие пластины толщиной ё >> X (X - глубина проникновения внешнего магнитного поля) в смешанном состоянии способны нести
5 2
значительный ток ~10 А/см . Теперь представим, что толстая пластина заменена набором тонких сверхпроводящих пластин, искусственно отделенных друг от друга слоем нормального металла. В этом случае ток будет течь по каждой из пластин, и в целом по всему сечению многослойного сверхпроводника будет идти большой ток. Именно такая ситуация была реализована сначала в многослойных композитах Си/КЬ [11], а потом МЬ/МЬТ [8, 9]. В первом из них слои из сверхпроводящего ниобия разделялись слоями нормальной меди. Роль нормального металла во 2-м композите выполнял ниобий, так как измерения критических токов сверхпроводящих лент из (МЬ-Т1)-сплавов проводились в магнитных полях, во много раз превышавших его второе критическое магнитное поле.
Доказательством эффективного закрепления сверхпроводящих вихрей на протяженных границах между слоями ниобия и меди или слоями ниобия и сплава КЬ-Т была анизотропия |с, измеренная при параллельной (||) и перпендикулярной (±) ориентациях плоскости слоев композита и магнитного поля |с||/|с±. В композите КЬ/Си |с||/|с± = 410 в полях 0,5-0,6 Тл [11]. В МЬ/МЬТ в полях 5-6,5 Тл анизотропия увеличивалась с 3-5, для композитов со слоями толщиной ~140 нм, до 235 для композитных лент с толщиной слоев ~3 нм. В отдельных же случаях отношение |сц/|с^ превышало 2000 [8, 9].
В данной работе для получения сверхпроводника из сплава МЪТ предлагается обходиться без использования плавильного способа гарниссажной плавки - достаточно дорого и трудоемкого процесса. Формирование сплава МЫЪ-50%Т будет происходить в процессе двух циклов, состоящих из диффузионной сварки и пакетной прокатки, с использованием на начальном этапе NЪ/Ti-пакетов с фольгами из чистых металлов.
Надо заметить, что прокатка пакетов оказывает положительное влияние на формирование слоя МЫЪТьсплава. В процессе прокатки внутри слоистого композита, который вытягивается в длину в несколько раз, высвобождаются атомно чистые, так называемые, ювенильные поверхности соприкасающихся однородных и разнородных металлов [12]. При прокатке эти поверхности сближаются на расстояния действия межатомных сил, и в результате образования металлических связей происходит их сцепление. При пластических деформациях это явление называется схватыванием. Способность металлов к схватыванию является физическим свойством ювенильных поверхностей. В идеальных условиях термодинамики схватывание является выгодным процессом и должно происходить самопроизвольно, так как энергия системы из соединенных металлов становится меньше за счет ликвидации свободных поверхностей. Под идеальными условиями понимается сближение поверхностей, свободных от окисных и адсорбированных пленок на расстояние, равное сумме радиусов атомов соединяемых поверхностей. Предпринимаемая прокатка и является одним из способов получения ювенильных поверхностей.
В нашем же случае образование ювенильных поверхностей полезно ещё и тем, что через них более беспрепятственно осуществлялась взаимная диффузия разнородных атомов по сравнению с тем, если бы прокатка не предпринималась.
Методика получения и исследования структуры проводника
Диффузионная сварка пакетов и пакетная прокатка.
Для получения сверхпроводящей ленты на основе сплава МЫЪ-Т использовались диффузионная сварка (ДС) многослойных пакетов (рис. 1) под давлением в вакууме и последующая их пакетная прокатка (ПП) при комнатной температуре.
ДС пакетов проводилась в вакууме не ниже, чем 10-4 мм рт. ст. Свариваемый пакет располагался между пуансонами, изготовленными из высокопрочного графита. Между пакетом и пуансонами прокладывались фольги из терморасщепленного графита (ТРГ) толщиной 0,3 мм. В 1-м цикле сварка МЪ/Тьпакетов проходила при 1050°С в течение 10 мин под
давлением 16-17 МПа. Во 2-м цикле сваривались пакеты, содержавшие наружные и внутренние прокладки из меди, и, поэтому, температура ДС снижалась до 900-950°С при давлении 17-19 МПа, а время сварки повышалось до 1,5-2 ч.
Рис. 1. Взаимное расположение основных узлов установки для ДС: 1 - водоохлаждаемый корпус камеры, 2 - набор тепловых экранов из прессованной
графитовой ваты и Мо-фольги, 3 - неподвижный пуансон, 4 - нагреватель из высокопрочного графита, 5 - испытуемый пакет, 6 - подвижный пуансон, Р - усилие
Деформация прокаткой сваренных пакетов проводилась при комнатной температуре на 4-х валковом стане тонкой прокатки. Степень деформации за проход составляла 2-3%. Направление прокатки пакетов соответствовало направлению прокатки заложенных в пакеты Nb- и Ti-фольг. В 1-м цикле лента прокатывалась до толщины 0,2-0,25 мм, разрезалась на отрезки нужной длины, из которых собирался новый пакет требуемой конструкции для 2-го цикла. После 2-го цикла сваренный пакет прокатывался до ленты конечной толщины - 0,1 мм.
Исследование структуры материала. Микроструктура композитов исследовалась с помощью растровой электронной микроскопии и рентгеновского спектрального анализа (РСА). Исследования, включающие получение изображений объектов во вторичных и отраженных электронах и РСА, выполнялись на цифровых электронных сканирующих микроскопах Tescan VEGA-II XMU и CamScan MV230 (VEGA TS 5130MM). Оба микроскопа имеют W-катоды, оснащены YAG-детекторами вторичных и отраженных электронов и рентгеновским микроанализатором.
Исследования выполнялись при ускоряющем напряжении 20 кВ и токе электронного зонда 200 пА на образце кобальта. Размер электронного зонда - 0,16 мкм. Глубина области характеристического рентгеновского излучения достигала 5-6 мкм. На горизонтальном разрезе это
соответствовало кругу, а в объеме - грушевидной зоне с наибольшим диаметром около 10 мкм.
Структура многослойных композитов
Сборка пакетов. Сверхпроводящую многослойную ленту из сплава МЬ-50%Т1, стабилизированную медью, получали за два цикла, каждый из которых состоял из диффузионной сварки и пакетной прокатки.
Сборка пакетов в 1-м цикле проводилась из элементов и-образной формы, изготавливаемых заранее из фольг ниобия и титана, и отдельных фольг титана и ниобия [13]. Соблюдая определенную последовательность, можно было относительно просто и быстро собирать пакеты из десяти, двадцати и более ниобиевых элементов, чередующихся с Тьфольгами, или титановых элементов, чередующихся с МЬ-фольгами. Пакет представлял собой единую конструкцию, благодаря чему с ним можно было производить нужные технологические процедуры. Отдельные составляющие исходных пакетов приведены в табл. 1.
Таблица 1. Составляющие Nb/Ti-пакетов в 1-м цикле ДС и ПП
Обозначение пакета Составляющие пакетов: количество (шт.) и толщина (1) фольг Общее кол-во фольг в пакете, шт.
13 TiNb 1 1. 20 И-элементов из Т1-фольги X = 45 мкм 2. 39 МЬ-фольг X = 45-50 мкм 40 39
13NbTi2 1. 20 И-элементов из МЬ-фольги X « 50 мкм 2. 39 Т1-фольг X = 45 мкм 40 39
13TiNb3 1. 10 И-образных элементов из МЬ-фольги + 10 МЬ-фольг X « 50 мкм 2. 11 И-образных элементов из Т1-фольги + 9 Т1-фольг X = 45 мкм 20 + 10 = 30 22 + 9 = 31
13NbTi4 1. 10 И-образных элементов из Т1-фольги + 10 Т1-фольг X = 45 мкм 2. 11 И-образных элементов из МЬ-фольги + 9 МЬ-фольг X « 50 мкм 20 + 10 = 30 22 + 9 = 31
В 1-м цикле пакеты содержали по 31 и 40 слоев из ниобия и на один меньше слоев из титана или по 31 и 40 слоев из титана и на один меньше слоев из ниобия. Наружными слоями пакетов были только МЬ- или только Тьслои. Толщина пакетов составляла 2,9-3,0 и 3,7-3,8 мм соответственно.
Во 2-м цикле пакеты собирались в определенной последовательности из нескольких отрезков ленты, полученной после 1 -го цикла, двух или трех пластин из меди толщиной 0,15 мм и соответственно 2-х или 4-х МЬ-фольг толщиной 20 мкм, прокладываемых между медными пластинами и
отрезками после 1-го цикла. Эти МЬ-фольги были диффузионными барьерами против взаимодействия меди и титана, находящегося в сплаве ЫЬ-И.
Если пластин из меди, как стабилизатора, было две, то они располагались снаружи пакета, если - три, то одна пластина располагалась еще и посередине пакета.
Расчетные толщины отдельных слоев твердого раствора титана в ниобии (МЬ) и МЬТьсплава в многослойной ленте конечной толщины составляли ~150 нм.
Многослойная структура композитов после 1-го цикла. После 1-й сварки структура МЬ/Тьпакета состояла из чередующихся светлых и темных полос, параллельных друг другу (рис. 2). Светлые полосы соответствовали ниобию, темные - титану.
Точная идентификация слоев проводилась с помощью локального РС-анализа. Концентрационные профили вблизи границы между слоями ниобия и титана (рис. 3, а и б) показали, что в условиях ДС при 1050°С и относительно небольшом давлении было достаточно 10 минут, чтобы на месте Тьслоев образовались слои ниобий -титанового сплава. Концентрация МЬ в них в направлении от границы к середине слоя уменьшалась в интервале от 44 до 27 мас.%. Концентрация Т увеличивалась от 56 до 73 мас.%. Кроме того на самой границе между слоями отмечено присутствие диффузных образований с 75-85 мас.%МЬ (спектры 7 и 8, см. рис. 3, а).
2 мм
Рис. 2. Макроструктура поперечного сечения пакета МЬ/Т1, содержащего 31 Т1-слой и 30 МЬ-слоев после ДС в 1-м цикле (см. табл.1, 13Т1МЬ3)
70 МКМ
0 10 20 30 40 Расстояние, мкм
б
а
Рис. 3. К результатам локального рентгеноспектрального анализа: фрагмент микроструктуры (а) и концентрационные профили титана и ниобия (б) на границе между слоями из ниобиевого твердого раствора (№) и сплава №-Т1
Титан же в слоях ниобия растворялся совсем незначительно - в середине №-слоя он содержался в количестве меньше 0,2 мас.% (см. рис. 3, б). Это означало, что твердофазное взаимодействие между слоями происходило за счет диффузии ниобия в титан и оказывало положительное влияние на формирование в композите слоистой структуры, одним из слоев которой должен быть слой сверхпроводящего сплава №-Т1, близкий к сплаву с 50 мас.%Т1. Сплав №-50Т1 обладает лучшим сочетанием сверхпроводящих характеристик в системе МЬ-Т1. Другими слоями должны быть слои из ниобия с как можно меньшим содержанием титана. Тогда они будут несверхпроводящими уже в малых магнитных полях. Известно [14], что несверхпроводящие дефекты являются более эффективными центрами закрепления сверхпроводящих вихрей, чем сверхпроводящие.
На рис. 4 представлена структура поперечного сечения многослойной ленты толщиной ~0,2 мм после ДС и прокатки. Исходной заготовкой был КЬ/Тькомпозит 13№Т12, содержавший 40 и 39 Ть слоев (см. табл. 1). Светлые слои - это КЬ-твердый раствор (КЬ), содержащий титан в количестве нескольких десятых долей процента. Темные слои - сплав №-(70-80) мас.%Т1. Оказалось, что в направлении поперек прокатки ламинарность слоистой структуры выражена лучше, чем вдоль неё. В сечении, совпадающем с направлением прокатки (см. рис. 4, б), в слоях №Тьсплава присутствует большое количество образований линзообразной формы.
Расчетные толщины слоев (№) и №-Т1 в прокатанной ленте после 1-го цикла равнялись соответственно 2,7 и 2,4 мкм. Но в действительности их толщина варьировалась от нескольких до 10-15 микрон (см. рис. 4).
Рентгеновский спектральный анализ поперечного сечения ленты (МЬ)/МЬ-Т1 подтвердил предыдущие результаты. Темные слои ниобий-титанового сплава содержали ~34,5 мас.%МЬ - это средняя концентрация ниобия, рассчитанная по четырем спектрам 2, 3, 4 и 6, приходящихся на слои МЬ-Т (рис. 5).
100 мкм 100 мкм
а б
Рис. 4. Микроструктура МЬ/Т1-композитной ленты толщиной 0,2 мм после ДС и 1111 после 1-го цикла поперек (а) и вдоль прокатки (б).
65,671-34,4 мас.%ЫЬ
0 4 8 12 16 20 24 28 Расстояние,мкм
65,6Ti-34,4 мас.%ЫЬ
90 мкм
Рис. 5. К результатам локального РСА: концентрационные профили титана и ниобия и фрагмент микроструктуры МЬ/Тькомпозита 13МЬТ12 после ДС и ПП 1-го цикла
2-й цикл. На рис. 6 представлена макроструктура пакета, собранного во 2-м цикле из 9 отрезков ленты после 1-го цикла, и результаты локального РС-анализа, проведенного на одном из участков его сечения при большом увеличении. Рассматриваемое сечение пакета ориентировано параллельно направлению прокатки фольг ниобия и титана.
а б
Рис. 6. 2-й цикл: а - макроструктура поперечного сечения пакета из 9 отрезков ленты после 1-го цикла; б - результаты РСА. ДС: 950°С при 19 МПа в течение 2 ч
При анализе приведенных макро- и микроструктур композита визуально видно, что слоистый характер ее определяется светлой компонентой материала, в которой содержание титана в лучшем случае не превышает 10-15 мас.%. Значительно чаще его содержится в ней от 1 до 3-4 мас.%. Эта компонента создает связную непрерывную систему. Компонента серого цвета из ниобиевого сплава с содержанием титана 50-70 мас.% образует вытянутые включения, приобретающие нередко дискообразную форму и, поэтому, кажущиеся прерывистыми. Отсюда напрашивается ошибочный вывод, что сплав ниобия, ответственный за высокий сверхпроводящий ток проводника, не имеет связных токовых путей.
В средней области некоторых утолщений отмечено присутствие включений, отличающихся от окружающего объема своим черным цветом (спектры 16-18, см. рис. 6, б). Они обогащены титаном. Их состав: 21-24Nb и 79-76 мас.0%Л
Измерения критического тока
Низкотемпературные измерения проводились на лентах, полученных прокаткой композитов из отрезков многослойной ленты после 1 -го цикла, Cu-полос как стабилизатора и тонких Nb-фольг, прокладываемых между
отрезками после 1-го цикла и медью. Структуры двух таких композитов, ещё не подвергавшихся прокатке, показаны на рис. 7. Первый состоит из семи многослойных отрезков (МЬ)/МЬ-Т1, двух наружных Си-обкладок и двух МЬ-прослоек. Второй композит, кроме двух наружных, содержит еще внутренний Си-слой, две пачки из сложенных вместе 4-х многослойных отрезков (МЬ)/МЬ-Т и четыре МЬ-прослойки, которые расположены между Си и (МЬ)/МЬ-Т1. Проводящие сверхпроводящий ток объемы с 2-фазной слоистой структурой (МЬ) + МЬ-Т в 1-м и 2-м композитах составляют 79,6 и 75,3 об.%.
500 мкм 1 мм
а б
Рис. 7. Структура композитов после ДС во 2-м цикле: а - 2 Си-слоя, 2 МЬ-прослойки и 7 отрезков ленты (МЬ)/МЬ-Т1 после 1-го цикла; б - 3 Си-слоя, 4 МЬ-прослойки и 2 пачки по 4 отрезка (МЬ)/МЬ-Т1
Концентрационные профили ниобия и титана свидетельствовали, что в объеме (МЬ)/МЬ-Т слои из чистого титана отсутствуют. Наибольшее содержание титана, ~70 мас.%, было в дискообразных структурных образованиях (спектры 4, 5, 6 и 7, см. рис. 6, б). Другие участки слоев сплава МЬ-Т выглядят светло-серыми по контрасту. Это есть доказательство того, что содержание ниобия в них больше, чем в спектрах 4-7. И, действительно, спектры 13 и 14 показывают ~50 мас.%МЬ и ~50 мас.%Т1.
В слоях светлого контраста, идентифицированных как МЬ-твердый раствор, концентрация титана в лучшем случае не превышала 20, а часто оставалась на уровне нескольких мас.%. Резюмируя вышесказанное, можно констатировать, что твердофазное взаимодействие между ниобием и титаном происходит, в основном, за счет диффузии ниобия в титановые слои.
Измерение критического тока. Низкотемпературные измерения проводились на образцах ленты, полученных прокаткой композитов, приведенных на Рис. 7. Их микроструктура после прокатки показана на
рис. 8. В отличие от структуры композита до прокатки, слоистая структура представляется состоящей из непрерывающихся слоев МЬТьсплава и твердого раствора (МЬ) соответственно серого и светлого контрастов.
50 мкм__50 мкм
а б
Рис. 8. Микроструктура поперечного сечения многослойной сверхпроводящей ленты на основе сплава МЬ-Т с двумя (а) и тремя (б) стабилизирующими медными слоями
Образцами для измерения критического тока 1с служили отрезки многослойной ленты после 2-го цикла ДС и ПП толщиной 0,1 мм и шириной 1 мм. Измерения проводились в криостате с жидким гелием в магнитном поле Н, создаваемом сверхпроводящим соленоидом, при перпендикулярной Н ± (аЬ) и параллельной Н || (аЬ) ориентациях направления магнитного поля Н и плоскости прокатки ленты (аЬ) (рис. 9). Транспортный ток I через образец в обоих случаях был перпендикулярен магнитному полю соленоида: I ± Н.
Н || (ab) H_L(ab)
Рис. 9. Две ориентации образца относительно поля Н сверхпроводящего соленоида
На Рис. 10 представлены вольт-амперные характеристики многослойной ленты в полях 1,3 и 5 Тл и Н || (аЬ) и зависимости
критического тока 1с от магнитного поля H при H || (аЬ) и H ± (aЬ). Две экспериментальные точки со "стрелками вверх" указывают на то, что транспортный ток такой силы не разрушил сверхпроводящее состояние образца.
m 0,0008-
Ф
ч: о,ооо2
пз
1 13NbTi41 4,2 К I _L Н н II (аЬ)
5 Тл 1 J 3 Тл 1 Тл
80 120 160 Транспортный ток, А
а б
Рис. 10. Вольт-амперные характеристики многослойной сверхпроводящей ленты из сплава МЬ-Т1 при H || (аЬ) и Н = 1, 2 и 3 Тл (а) и зависимости 1с(Щ при H || (аЬ) и H ± (аЬ) (б)
При H ± (аЬ) Ic резко падал с увеличением поля уже в диапазоне от 0 до 1 Тл (см. Рис. 10 б). В то время как при ориентации H || (аЬ) он плавно понижался, оставаясь при 5 Тл на уровне ~30 А, что соответствует инженерной (конструктивной) критической плотности тока, равной
4 2
3-10 А/см . Анизотропия 1с, равная отношению 1с||/1с^, рассчитанная для Н = 1 Тл, была >82. Это свидетельствует о закреплении сверхпроводящих вихрей, локализующихся в сплаве МЬ-Т1, на границах между несверхпроводящими слоями МЬ-твердого раствора (МЬ) и сплава МЬ-Т1, несущего сверхпроводящий ток.
Важно отметить, что такие значения плотности тока достигались в лентах без длительных, порядка 300-350 часов, низкотемпературных отжигов при 300-350°С. Такие отжиги требуется проводить для широко используемых многожильных и многослойных сверхпроводящих материалов (МЬ-Т1)/Си. Это делается для выпадения частиц а-фазы, на которых, в отличие от рассмотренных в работе композитов, происходит закрепление сверхпроводящих вихрей.
Заключение и выводы
1. На основании проведенного РС-анализа можно сделать заключение, что в многослойном композите МЬ/Т1 в результате твердофазного взаимодействия между фольгами ниобия и титана в процессе диффузионной сварки за два цикла, состоящих из диффузионной
сварки и пакетной прокатки, получены слои сверхпроводящего (Nb-Ti)-сплава состава Nb50Ti.
2. Слои сплава Nb50Ti, имея наиболее высокое второе критическое магнитное поле, способны проводить большой электрический ток в магнитных полях 5 и более Тесла. Прослойки Nb-твердого раствора с содержанием титана до 5-10 мас.% переходят в нормальное состояние уже в малых магнитных полях и создают границы (Nb)-NbTi, являющиеся эффективными центрами закрепления сверхпроводящих вихрей. Это подтверждается большой анизотропией критического тока: Icy/Ic± >82 в магнитном поле 1 Тл.
3. В многожильных сверхпроводниках из (КЪ-^)-сплава промышленного изготовления центрами закрепления являются частицы а -фазы, выделяющиеся при длительном низкотемпературном отжиге уже готовых изделий. В композитном сверхпроводящем материале Cu/Nb/NbTi твердофазного изготовления, в котором закрепление вихрей происходит на границах (Nb)-NbTi, высокая критическая плотность тока достигалась без отжига.
Авторы заявляют что:
1. У них нет конфликта интересов;
2. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов исследований.
Библиографический список / References
1. Труды I совещания по металловедению и металлофизике сверхпроводников «Металловедение и металлофизика сверхпроводников» / под ред. Е.М. Савицкого, В.В. Барон. - М: Наука; 1965. [Savitsky EM, Baron VV, editors. Proceedings of the I Meeting on Metallurgy and Metal Physics of Superconductors "Metallovedenie i metallofizika sverhprovodnikov". Moscow: Nauka; 1965. (In Russ.)].
2. Savitsky EM, Baron VV, editors. Metal Science, Physical Chemistry and Metal Physics of Superconductors. Proceedings of the Second and Third Conferences. May 1965 and May 1966; Moscow, USSR. NY: Springer; 1967. doi: 10.1007/978-1-4684-8220-1
3. Труды IV Всесоюзного совещания по физико-химии, металловедению и металлофизике сверхпроводников «Физико -химия, металловедение и металлофизика сверхпроводников» / под ред. Е.М. Савицкого, В.В. Барон. - М: Наука; 1969. [Savitsky EM, Baron VV, editors. Proceedings of the Fourth All-Union Conference "Fiziko-himiya, metallovedenie i metallofizika sverhprovodnikov". Moscow: Nauka; 1969. (In Russ.)].
4. Труды V Всесоюзного совещания по физико-химии, металловедению и металлофизике сверхпроводников «Проблемы сверхпроводящих материалов» / под ред. Е.М. Савицкого, В.В. Барон. - М: Наука; 1970. [Savitsky EM, Baron VV, editors. Proceedings of the V All-Union Conference on Physical Chemistry, Metallurgy and Metal Physics of Superconductors "Problemy sverhprovodyashchih materialov". Moscow: Nauka; 1970. (In Russ.)].
5. Труды VI Всесоюзного совещания по проблеме сверхпроводящих материалов «Сверхпроводящие сплавы и соединения» / под ред. Е.М. Савицкого, В.В. Барон, Л.Ф. Мызенковой. - М: Наука; 1972. [Savitsky EM, Baron VV, Myzenkova LF, editors. Proceedings of the Sixth All-Union Conference on the Problem of Superconducting Materials "Sverhprovodyashchie splavy i soedineniya". Moscow: Nauka; 1972. (In Russ.)].
6. Структура и свойства сверхпроводящих материалов / под ред. Е.М. Савицкого, В.В. Барон, Л.Ф. Мызенковой. - М: Наука; 1974. [Savitsky EM, Baron VV, Myzenkova LF, editors. Struktura i svojstva sverhprovodyashchih materialov. Moscow: Nauka; 1974. (In Russ.)].
7. Физико-химия сверхпроводников / под ред. Е.М. Савицкого. - М: Наука; 1976. [Savitsky EM, editor. Fiziko-himiya sverhprovodnikov. Moscow: Nauka; 1976. (In Russ.)].
8. Карпов М.И., Коржов В.П., Внуков В.И., Зверев В.Н. Получение, механические и сверхпроводящие свойства наноструктурных многослойных композитов Nb/Nb-Ti // Известия высших учебных заведений. Серия: физика. - 2010. - № 3/2.
- С. 144-150. [Karpov MI, Korzhov VP, Vnukov VI, Zverev VN. Poluchenie, mekhanicheskie i sverhprovodyashchie svojstva nanostrukturnyh mnogoslojnyh kompozitov Nb/Nb-Ti. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Seriya: fizika 2010;(3/2):144-150. (In Russ.)].
9. Korzhov VP, Karpov MI, Zverev VN. Superconductivity and structure of multilayer Cu/Nb/Nb-Ti nanocomposites. Russian Journal of General Chemistry. 2010;80(6):1103-1108. doi: 10.1134/s1070363210060113
10. Шмидт В.В. Введение в физику сверхпроводников. - М: Наука; 1982. [Shmidt VV. Vvedenie vfiziku sverhprovodnikov. Moscow: Nauka; 1982. (In Russ.)].
11. Карпов М.И., Коржов В.П., Внуков В.И. и др. Сверхпроводящий критический ток в наноламинате Cu-Nb // Материаловедение. - 2005. - № 2. - С. 43-47. [Karpov MI, Korzhov VP, Vnukov VI, et al. Superconducting critical current in Cu-Nb nanolaminate. Materials Science. 2005;(2):43-47. (In Russ.)].
12. Засуха П.Ф., Корщиков В.Д., Бухвалов О.Б., Ершов А.А. Биметаллический прокат.
- М: Металлургия; 1971. [Zasucha PF, Korshchikov VD, Bukhvalov OB, Ershov AA. Bimetallicheskijprokat. Moscow: Metallurgia; 1971. (in Russ.)].
13. Karpov MI, Korzhov VP, Prokhorov DV, et al. Preparation, structure and high temperature properties of layered Nb/Al- and Ti/Al-composites. Journal of International Scientific Publications: Materials, Methods and Technologies. 2014;8:177-185. [cited 2019 July 6]. Available from: https://www.scientific-publications.net/get/1000002/1401699459713256.pdf
14. Баранов И.А., Бычков Ю.Ф., Коржов В.П., и др. Влияние родия на сверхпроводящие свойства циркония и некоторых его сплавов // Труды VI Всесоюзного совещания по проблеме сверхпроводящих материалов «Сверхпроводящие сплавы и соединения». - М: Наука; 1972. - C. 140-147. [Baranov IA, Bychkov Yu.F., Korzhov VP, et al. Influence of rhodium on the superconducting properties of zirconium and some of its alloys. Proceedings of the Sixth All-Union Conference on the Problem of Superconducting Materials "Superconducting alloys and compounds". Moscow: Nauka; 1972. pp. 140-147. (In Russ.)].
Сведения об авторах:
Коржов Валерий Поликарпович, кандидат технических наук;
адрес: 142432, Московская обл., г. Черноголовка, Институтский проспект, д. 9, кв. 99;
eLibrary SPIN: 2408-9676; Scopus ID: 7004317671;
E-mail: [email protected]
Зверев Владимир Николаевич, доктор физико-математических наук; eLibrary SPIN: 8391-3919; Scopus ID: 7101973582; E-mail: [email protected]
Information about the authors:
Valery P. Korzhov, candidate of technical sciences;
address: 142432, Moscow Region, Chernogolovka, Institutsky Prospect, 9, Apt. 99; eLibrary SPIN: 2408-9676; Scopus ID: 7004317671; E-mail: [email protected]
Vladimir N. Zverev, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, eLibrary SPIN: 8391-3919; Scopus ID: 7101973582; E-mail: [email protected]
Цитировать:
Коржов В.П., Зверев В.Н. Многослойная сверхпроводящая лента сплава Nb50Ti, полученная из композита Cu/Nb/Ti твердофазным способом // Транспортные системы и технологии. - 2019. - Т. 5. - № 2. - С. 31-46. doi: 10.17816/transsyst20195231-46
To cite this article:
Korzhov VP, Zverev VN. A multilayer superconducting tape of the Nb50Ti alloy obtained from a Cu/Nb/Ti composite with a solid phase. Transportation Systems and Technology. 2019;5(2):31-46. doi: 10.17816/transsyst20195231-46
