Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Введение. Е.А. Дергунова, Р.Т

Читайте также:
  1. I. Введение
  2. I. Введение
  3. I. Введение
  4. I. Введение
  5. I. ВВЕДЕНИЕ
  6. I. ВВЕДЕНИЕ
  7. I. Введение в дисциплину

Е.А. Дергунова, Р.Т. Алиев, И.Н. Губкин, П.В. Коновалов,

Е.В. Никуленков, М.В. Поликарпова, В.В. Сергеев

Лабораторный практикум по дисциплине

«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ СВЕРХПРОВОДНИКОВ»

Москва 2012

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

 

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Дергунова Е.А., Алиев Р.Т., Губкин И.Н., Коновалов П.В.,

Никуленков Е.В., Поликарпова М.В., Сергеев В.В.

Лабораторный практикум по дисциплине

«СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ»

Москва 2012

УДК

ББК

К

Дергунова Е.А., Алиев Р.Т., Губкин И.Н., Коновалов П.В., Никуленков Е.В., Поликарпова М.В., Сергеев В.В. Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение сверхпроводников». – М.: МИФИ, 2012. – 60 с.

 

В лабораторном практикуме по дисциплине «Основы материаловедения технических сверхпроводников» представлен комплекс из 6 лабораторных работ, охватывающий основные методы исследования и контроля качества технических сверхпроводников на основе низкотемпературных и высокотемпературных материалов. Данный комплекс лабораторных работ предназначен для отработки практических навыков изучения структуры, механических и электрофизических свойств современных композиционных материалов у студентов, специализирующихся в области физического материаловедения по специальности «Физика металлов». В пособии описаны методы исследования структуры композиционных материалов, определения их характеристик, способы обработки результатов эксперимента, дается описание приборов и приемов безопасной работы, а также содержатся контрольные вопросы для проверки усвоения материала практикума.

Рецензент к.т.н., доцент Воробьева А.Е.

 

Рекомендовано к изданию редсоветом МИФИ

 

ISBN Московский инженерно-физический

Институт (государственный

университет), 2012

 

подписано в печать Формат

Печ. л.??. Уч.-изд. л.?? Тираж 100 экз.

Изд. №????. Заказ №??

 

Московский инженерно-физический институт (государственный университет).

Типография МИФИ.

115409, Москва, Каширское ш., 31


Введение

 

В лабораторном практикуме по дисциплине «Материаловедение сверхпроводников» рассмотрены методы исследования структуры и свойств композиционных низкотемпературных и высокотемпературных технических сверхпроводников, а также методы контроля качества, применяемые при их производстве. Описаны методы металлографических исследований НТСП и ВТСП материалов, методы контроля структуры Nb3Sn сверхпроводников с использованием оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа; методы испытания на острый изгиб и определения угла обратного пружинения сверхпроводников на основе Nb-Ti сплавов; описан метод определения удельного электросопротивления и отношения электросопротивлений при комнатной и криогенных температурах композитных сверхпроводников, нанокомпозитов и меди. Данный комплекс лабораторных работ предназначен для отработки практических навыков изучения свойств и микроструктуры современных технических сверхпроводящих материалов у студентов, специализирующихся в области физического материаловедения по специальности «Физика металлов». Лабораторный практикум поможет студентам подготовиться к работе на исследовательском и испытательном оборудовании и приборах, обучить приемам измерения механических и физических свойств, а также параметров микроструктуры сверхпроводников, научить студентов анализировать полученные данные, представлять их графически и в таблицах, составлять отчеты, делать выводы и заключения по экспериментальным данным.

Ко всем лабораторным работам даны вопросы входного и завершающего контроля и список рекомендуемой литературы.

Практикум предназначен для студентов вузов, обучающихся по специальности 150702 направления подготовки 150700 и специализирующихся в области физического материаловедения.

Работы составлены: Дергуновой Е.А. и Алиевым Р.Т.- работа 1, Сергеевым В.В. – работа 2; Никуленковым Е.В. и Губкиным И.Н. – работа 3;4, Коноваловым П.В. – работа 5, Поликарповой М.В. и Лукьяновым П.В.- работа 6.

 


Содержание

 

Работа № 1

Контроль структуры и строения композитных сверхпроводников на основе Nb3Sn и NbTi. 4

 

Работа №2

«Исследование структуры композиционных сверхпроводников с использованием методов сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа» 16

 

Работа №3

Изучение метода испытаний на острый изгиб единичных сверхпроводников на основе ниобий-титановых сплавов 23

 

Работа № 4

Изучение методики определения угла обратного пружинения единичных сверхпроводников на основе ниобий-титановых сплавов 30

 

Работа №5

Металлографические исследования композиционных ВТСП-проводников на основе фазы Bi-2223 / Ag 35

 

Работа № 6

Определение удельного электросопротивления и отношения электросопротивлений при комнатной и криогенных температурах композитных сверхпроводников, нанокомпозитов и меди. 41


Работа № 1

Контроль структуры и строения композитных сверхпроводников на основе Nb3Sn и NbTi.

 

 

1. Цель работы

Ознакомление с методиками контроля геометрических параметров и микроструктурой композитных Nb3Sn сверхпроводников различной конструкции.

 

2. Теоретическое введение

Известно, [1] что сверхпроводящие характеристики проводников заданного размера зависят в основном от их конструкции и режимов диффузионной термообработки. Технические сверхпроводники представляют собой композиты весьма сложной конструкции. Они могут содержать до 5-6 разнородных материалов, выполняющих различные функции, и должны удовлетворять целому комплексу часто взаимоисключающих требований. Как правило, это многожильные композиты, содержащие в металлической матрице с высокой тепло- и электропроводностью строго определенную долю непрерывных волокон из сверхпроводящего материала. В большинстве случаев этот композит содержит также резистивные или диффузионные барьерные материалы, стабилизирующие оболочки и прочные армирующие элементы. Обычно композиционные сверхпроводники имеют круглое (диаметр от 0,5 до 2 мм) или прямоугольное (0,1-5 х 3-10 мм) сечение и длину от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров. При этом в матрице может содержаться до нескольких десятков тысяч сверхпроводящих волокон диаметром от 20-50 мкм до десятых долей микрона при их объемной доле до 50%. Объемная доля стабилизирующего материала может составлять от 0 до 60%, в то время как объемная доля барьерных и упрочняющих материалов обычно не превышает 5-7%.

К сверхпроводящим материалам предъявляются высокие требования, главным образом по следующим параметрам:

- величина и стабильность значений критических параметров сверхпроводящих волокон, а также теплофизических и электрических свойств других составляющих композита;

- конструкция сверхпроводника, определяемая числом волокон, их размером, расположением, объемной долей, закручиванием волокон по геликоидальной спирали с определенным шагом (шаг твиста);

- сохранение целостности волокон и других составляющих композита, однородность их сечения и распределения в материале матрицы, химическая и структурная однородность по длине;

- уровень механических свойств в широком диапазоне температур, включая рабочие;

- сохранение сверхпроводящих характеристик в процессе изготовления и эксплуатации систем;

- допуски на геометрические размеры поперечного сечения.

 

Для стабилизации в конструкцию сверхпроводника вводят такой важный элемент как медная оболочка, которая обычно составляет от 20 до 60% от площади поперечного сечения проводника. Медную оболочку отделяют танталовым или ниобиевым диффузионным барьером, чтобы предотвратить загрязнение меди оловом из бронзовой матрицы. Медь может быть помещена и в центре, также с использованием диффузионного барьера, либо распределена по композиту с соответствующими барьерами из тантала или ниобия. (рис. 1 а-е).

 

а б в

 

г д е

Рисунок 1. Общий вид структуры поперечного сечения многоволоконных сверхпроводников на основе Nb3Sn с различным расположением медной стабилизации:

а - распределенное, б - в центре, в, г, д, е - на периферии

 

Отношение медь/не медь (Cu/non Cu) в сверхпроводниках с наружной медной оболочкой рассчитывается по формуле (1).

 

(1)

 

где: с m - вес медной оболочки, (в граммах), который составляет Dm=m1-m2, где m1 и m2 - вес образца до и после стравливания медной оболочки,

l - длина образца (в см);

d - диаметр стренда (в см),

g - удельный вес меди, (g=8,94 г/см3).

Применение электропроводящего материала матрицы приводит к магнитной связи отдельных волокон. Магнитная связь волокон является невыгодной, т.к. при этом магнитное поведение всего проводника не отличается от монолита. Таким образом, преимущества дробления сверхпроводника на волокна теряются, и композит оказывается подвержен скачкам потока, так же как и монолитный проводник. Магнитной связи можно избежать твистированием: свивая композит таким образом, чтобы волокна образовывали геликоидальные траектории подобно прядям каната (рис. 2). Хотя твистирование - очень эффективное средство против магнитной связи во внешнем поле, однако оно становится неэффективным в собственном поле проводника, возникающем вследствие протекания по проволоке транспортного тока, появляющегося при присоединении проволоки к внешнему источнику питания. Таким образом, твистированный сверхпроводник может стать совершенно стабильным при условии отсутствия передачи по нему тока, и перейти в нестабильное состояние, если по нему течет ток.

Рисунок 2. Композитные проводники с магнитной связью между волокнами (а) и с независимой связью (б).

 

3. Оборудование, приборы и материалы

В данной работе будет использовано следующее оборудование:

- Металлографический микроскоп Leica DM.

- Полировально- шлифовальный станок.

- Приспособление для химического травления.

- Травители.

- Коллекция макро- и микрошлифов.

- Линейка измерительная (ГОСТ 427-75)

- Микрометр Mahr GmbH Esslingen с ценой деления 0,0001 мм (ГОСТ 4381-87) рис.3,а.

- Образцы сверхпроводника на основе Nb3Sn для определения направления и шага твиста и отношения медь/не медь. (Образец провода длиной 100 мм)

- Глубокие чашечки Петри.

- Пинцет медицинский (ГОСТ 21214-77)

- Электронные весы GH-202 (ТУ 25-06.1131 -79) Рис.3,б.

- Шкаф вытяжной

- Спирт этиловый ректифицированный (ГОСТ 5962-67)

- Планшетный сканнер высокого разрешения.

- Программа Adobe Photoshop CS3

 

а б

Рисунок 3. Измерительное оборудование:

а - Микрометр Mahr GmbH Esslingen, б - Весы электронные GH-202

 

4. Содержание и порядок выполнения работы

Образцы композиционных сверхпроводников на основе интерметаллического соединения Nb3Sn различных конструкций изготавливают для проведения металлографических исследований, а также для контроля качества полуфабрикатов на отдельных стадиях технологических операций. В работе будут изучены следующие методики контроля и методы приготовления образцов:

1. Приготовление микро- и макрошлифов. Металлографический анализ с помощью оптической микроскопии.

2. Методика определения отношения медь/не медь

3. Методика определения направления и шага твиста.

 

Работа состоит из трех частей, содержащих следующие задания:

Ознакомление с методиками макро или микроанализа.

Проведение контроля структуры образцов композиционного материала (Выполняется первое или второе задание):

1) Приготовить макрошлиф биметаллического и многоволоконного прутков посредством шлифовки и травления. Изучить и зарисовать макроструктуру образца. Охарактеризовать особенности макроструктуры.

2) Приготовить микрошлиф образца сверхпроводника на основе Nb3Sn посредством механической шлифовки, полировки и травления. Изучить и схематически зарисовать микроструктуру образца, описать характерные особенности структуры.

Ознакомление с методикой определения отношения медь/не медь на образцах сверхпроводящего провода

Ознакомление с методикой определения шага и направления твиста на образцах Nb3Sn сверхпроводников.

 


Дата добавления: 2015-07-08; просмотров: 168 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Теоретическое введение | Принцип действия сканирующего электронного микроскопа | Оборудование, приборы и материалы | Практические навыки, приобретаемые студентом | Теоретическое описание проблемы | Оборудование, приборы и материалы | Оборудование, приборы и материалы | Определение упругости | Теоретическое введение | ВТСП второго поколения |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ| Металлографический анализ

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.021 сек.)