Kemajuan Teknologi Paduan Superkonduktor Niobium-Titanium dan Penerapan Pasar

Paduan superkonduktor niobium-titanium mulai dipelajari oleh orang Amerika pada tahun 1950-an, dan pada awalnya tidak cepat dikembangkan dan diproduksi karena kepadatan arus yang besar di medan tinggi yang tidak diperoleh. Pada tahun 1961, orang Amerika Ham (JK Halm) dan lainnya dalam publikasi "Physical Review" negara tersebut untuk pertama kalinya melaporkan paduan superkonduktor niobium-titanium Tc. 1962, orang Amerika Berlincounrt (TG Berlincounrt) dan lainnya adalah orang pertama yang menerbitkan paduan superkonduktor niobium-titanium Hc2 dengan Jc tinggi, pada tahun yang sama, orang Amerika Mathias (BT Mathias) dalam paten AS melaporkan niobium- magnet bahan superkonduktor titanium. Sejak itu, bahan paduan superkonduktor niobium-titanium dalam aplikasi internasional pada tahap pengembangan.

Paduan superkonduktor niobium-titanium adalah salah satu bahan superkonduktor yang paling banyak digunakan dalam teknologi superkonduktor yang ada. Rasio massa hampir 1:1 paduan Nb-Ti memiliki superkonduktivitas yang baik, suhu transisi kritis superkonduktornya Tc=9.5K, dapat dioperasikan pada suhu helium cair, berada pada 5T (50,{{8 }} Gs) medan magnet, rapat arus transmisi Jc lebih besar atau sama dengan 105A/cm2 (4.2K); penerapan bidang tertinggi hingga 10T (100,000 Gs) (4,2K). Paduan ini juga memiliki kinerja pemrosesan yang sangat baik, dapat diperoleh melalui proses peleburan, pemrosesan, dan perlakuan panas tradisional produk kawat dan strip superkonduktor. Oleh karena itu, sejak tahun 60an setelah dimulainya penelitian, segera memasuki produksi skala industri. Amerika Serikat pada akhir tahun 70an produksi tahunannya mencapai seratus ton; Tiongkok pada tahun 80an sekitar waktu yang sama juga membangun jalur produksi percontohan. Sebagian besar bahan superkonduktor Nb-Ti praktis adalah paduan biner sederhana yang mengandung 35% hingga 55% Nb; beberapa tantalum dan zirkonium dapat ditambahkan untuk meningkatkan sifat superkonduktor. Karena stabilitas superkonduktivitas, bahan superkonduktor Nb-Ti biasanya menggunakan tembaga murni, aluminium murni atau paduan tembaga-nikel sebagai bahan matriks, tertanam ke dalam beberapa helai kombinasi inti halus Nb-Ti menjadi bahan superkonduktor multi-inti komposit. Sebuah kawat superkonduktor dapat berisi puluhan hingga puluhan helai inti Nb-Ti, diameter inti terkecil hingga 1 μm. Selain itu, sesuai dengan penggunaan kesempatan yang berbeda, tetapi juga sering harus memutar kawat multi-inti dan transposisi, untuk mencapai efek mengurangi kerugian dan meningkatkan stabilitas bahan superkonduktor elektromagnetik Nb-Ti dari proses pemrosesan dasar adalah : tungku busur konsumsi sendiri atau tungku plasma akan berupa titanium murni dan niobium yang dilebur menjadi ingot paduan, dan kemudian billet diekstrusi panas, canai panas dan dingin ditarik ke dalam batang, canai panas dan ditarik dingin ke dalam batang. Melalui pengerolan panas dan penarikan dingin menjadi batang; kemudian batang paduan Nb-Ti dimasukkan ke dalam tabung tembaga bebas oksigen sebagai bahan dasar, digabungkan menjadi batang inti tunggal; dan setelah beberapa perakitan komposit, diproses menjadi kawat dan strip superkonduktor Nb-Ti multi-inti. Bahan tersebut perlu mengalami beberapa pemrosesan dingin yang besar (laju pemrosesan lebih dari 90%) dan perlakuan panas penuaan suhu rendah (di bawah 400 derajat), sehingga superkonduktor mendapatkan pusat penyematan yang cukup efektif, untuk meningkatkan sifat superkonduktor dari superkonduktor bahan. Karena efek resistansi nol dari superkonduktor tidak menyebabkan kehilangan panas joule, dan superkonduktor Nb-Ti dalam medan magnet yang kuat dapat membawa kemampuan arus transpor yang sangat tinggi, sehingga bahan superkonduktor Nb-Ti sangat cocok untuk aplikasi di lapangan. arus tinggi, medan magnet kuat teknik elektro. Contohnya termasuk magnet medan tinggi, generator, motor listrik, pembangkit listrik fluida magnetik, reaksi termonuklir terkendali, perangkat penyimpanan energi, kereta levitasi magnetik berkecepatan tinggi, penggerak elektromagnetik untuk kapal, dan kabel transmisi daya. Hingga saat ini, aplikasi bahan superkonduktor paduan Nb-Ti yang paling berhasil adalah: pedal gas berenergi tinggi siklotron besar dengan diameter lebih dari 1 km dan instrumen diagnostik pencitraan resonansi magnetik yang banyak digunakan di sektor medis. Meskipun para ilmuwan pada pertengahan tahun menemukan superkonduktor suhu tinggi senyawa tembaga-oksigen yang dapat beroperasi pada suhu nitrogen cair (77K); namun, bahan superkonduktor paduan Nb-Ti dengan kinerja pemrosesan unik yang sangat baik, sifat superkonduktor suhu rendah yang baik, biaya yang relatif rendah dan pengalaman penelitian, produksi dan pengembangan aplikasi selama puluhan tahun, paduan niobium-titanium masih merupakan bahan superkonduktor praktis yang paling penting di dunia .