התקדמות טכנולוגיית סגסוגת מוליכת-על ניוביום-טיטניום ויישום שוק

סגסוגות מוליכות-על ניוביום-טיטניום החלו להיחקר על ידי אמריקאים בשנות ה-50, ובתחילה לא פותחו ויוצרו במהירות בשל צפיפות הזרם הגדולה בשדות גבוהים שלא הושגו. עד 1961, האמריקאים Ham (JK Halm) ואחרים בפרסום "Physical Review" של המדינה דיווחו לראשונה על סגסוגות מוליכות-על ניוביום-טיטניום Tc. בשנת 1962, האמריקאים Berlincounrt (TG Berlincounrt) ואחרים היו הראשונים לפרסם סגסוגות מוליכות-על של ניוביום-טיטניום של Hc2 עם Jc גבוה, באותה שנה, האמריקאים Mathias (BT Mathias) בפטנט האמריקאי דיווחו על הניוביום הראשון- מגנט לחומר מוליך-על טיטניום. מאז, ניוביום-טיטניום חומרים מוליכים סגסוגת ביישום הבינלאומי של שלב הפיתוח.

סגסוגות מוליכות-על של ניוביום-טיטניום הן אחד החומרים המוליכים-על הנפוצים ביותר בטכנולוגיית מוליכים-על הקיימת. ליחס מסה של כמעט 1:1 לסגסוגת Nb-Ti יש מוליכות-על טובה, טמפרטורת המעבר הקריטית המוליכה שלה Tc=9.5K, ניתנת להפעלה בטמפרטורה של הליום נוזלי, היא נמצאת ב-5T (50,{{8 }} Gs) שדה מגנטי, צפיפות זרם השידור Jc גדולה או שווה ל-105A/cm2 (4.2K); היישום הגבוה ביותר של השדה עד 10T (100,000 Gs) (4.2K). לסגסוגת יש גם ביצועי עיבוד מעולים, ניתן להשיג באמצעות תהליך ההיתוך, העיבוד והטיפול המסורתי המסורתי של תיל ומוצרי פס. לכן, משנות ה-60 לאחר תחילת המחקר, נכנס במהרה לייצור בקנה מידה מתועש. ארצות הברית בסוף שנות ה-70 הגיעה למאה טון הייצור השנתי; סין בשנות ה-80 בערך באותה תקופה גם בנתה קו ייצור פיילוט. רוב החומרים המוליכים המעשיים של Nb-Ti הם סגסוגות בינאריות פשוטות המכילות 35% עד 55% Nb; ניתן להוסיף מעט טנטלום וזירקוניום כדי לשפר את תכונות המוליכות העל. בשל היציבות של מוליכות-על, חומרים מוליכים-על Nb-Ti בשימוש נפוץ בנחושת טהורה, אלומיניום טהור או סגסוגת נחושת-ניקל כחומר המטריצה, המוטבעים בגדילים המרובים של שילוב הליבה העדינה של Nb-Ti לתוך חומרים מוליכים-על מרובי ליבות מרוכבים. חוט מוליך-על יכול להכיל עשרות עד עשרות גדילים של ליבת Nb-Ti, קוטר הליבה של הקטן ביותר עד 1 מיקרומטר. בנוסף, על פי השימוש בהזדמנויות שונות, אבל גם לעתים קרובות צריך לסובב את חוט מרובת הליבות והטרנספוזיציה, כדי להשיג את ההשפעה של הפחתת הפסדים ולהגביר את היציבות של חומרים מוליכים-על אלקטרומגנטיים Nb-Ti של תהליך העיבוד הבסיסי. : תנור קשת לצריכה עצמית או תנור פלזמה יהיו טיטניום וניוביום טהורים הנמסים לתוך מטיל סגסוגת, ולאחר מכן שחול חם של billets, מגולגל חם וקר נמשך למוטות, מגולגל חם ונמשך קר למוט. דרך גלגול חם ומשיכה קרה למוטות; לאחר מכן מוטות סגסוגת Nb-Ti מוכנסים לתוך צינור הנחושת נטול החמצן כחומר הבסיס, מרוכבים למוט חד ליבתי; ולאחר מספר הרכבות מרוכבות, עיבוד לתיל ורצועה מוליכים-על Nb-Ti מרובי ליבות. החומר צריך להיות נתון לעיבוד קר גדול (קצב עיבוד של יותר מ-90%) וטיפולי חום בטמפרטורה נמוכה (מתחת ל-400 מעלות) יישון, כך שמוליך-העל יקבל מספיק מרכז הצמדה יעיל, כדי לשפר את התכונות המוליכות של המוליכות-על. חומרים. בשל השפעת ההתנגדות האפסית של מוליכים אינו מביא לאובדן חום ג'אול, ומוליכי Nb-Ti בשדה המגנטי החזק יכולים לשאת יכולת זרם הובלה גבוהה מאוד, כך שהחומרים המוליכים Nb-Ti מתאימים במיוחד ליישום בשטח של זרם גבוה, שדה מגנטי חזק של הנדסת חשמל. דוגמאות כוללות מגנטים בשדה גבוה, גנרטורים, מנועים חשמליים, ייצור חשמל של נוזל מגנטי, תגובות תרמו-גרעיניות מבוקרות, התקני אחסון אנרגיה, רכבות ריחוף מגנטיות במהירות גבוהה, הנעה אלקטרומגנטית לאניות וכבלי הולכת כוח. עד כה, היישומים המוצלחים ביותר של חומרים מוליכים מסגסוגת Nb-Ti הם: דוושות גז גדולות ציקלוטרון בעלות אנרגיה גבוהה בקטרים ​​של יותר מ-1 ק"מ ומכשירי אבחון להדמיית תהודה מגנטית בשימוש נרחב במגזר הרפואי. למרות שמדענים באמצע-80 גילו מוליך-על של תרכובת נחושת-חמצן בטמפרטורה גבוהה שיכול לפעול בטמפרטורות חנקן נוזלי (77K); עם זאת, חומרים מוליכים מסגסוגת Nb-Ti עם ביצועי עיבוד מצוינים ייחודיים משלהם, תכונות מוליכות-על טובות בטמפרטורה נמוכה, עלות נמוכה יחסית ועשרות שנים של ניסיון במחקר, ייצור ופיתוח יישומים, סגסוגות ניוביום-טיטניום הן עדיין החומרים המוליכים המעשיים החשובים ביותר בעולם .