قضبان سبائك النيوبيوم والقصدير الوصف
تُستخدم قضبان سبائك النيوبيوم والقصدير كسلائف قابلة للسحب لتصنيع أسلاك Nb₃Sn فائقة التوصيل عالية الأداء، مستفيدةً من الخصائص الاستثنائية للبنية البلورية A15 مع التحايل على الهشاشة المتأصلة. ويحقق المركب المعدني البيني درجة حرارة حرجة تبلغ 18 كلفن متفوقًا بشكل كبير على سبائك NbTi، ويحافظ على كثافة تيار حرجة تتجاوز 2000 أمبير/مم² تحت حقول 12 تسلا عند درجات حرارة تشغيلية تبلغ 4.2 كلفن. وينبع هذا الأداء من تثبيت التدفق القوي عند حدود الحبيبات على الرغم من أنه يتطلب تحكمًا متكافئًا دقيقًا بالقرب من Nb-25at%Sn.
وتشكل القيود الميكانيكية تحديات كبيرة: تُظهر مرحلة Nb₃Sn المتفاعلة هشاشة شديدة مع سلالات كسر أقل من 0.2%، ويتفاقم ذلك بسبب عدم تطابق التمدد الحراري (Δα ≈ 6×10-⁶/K) بين قلب الموصل الفائق ومصفوفة الانتشار البرونزية. وبالتالي، يتيح شكل سليفة القضيب إمكانية سحب الأسلاك الأساسية ولف الملف قبل المعالجة الحرارية النهائية التي تتراوح درجة حرارتها بين 650 و700 درجة مئوية والتي تشكل مرحلة فائقة التوصيل.
وتتضمن الخصائص الكهرومغناطيسية مجالاً حرجاً علوياً يقترب من 30 ت عند الصفر المطلق، ولكن الأداء حساس للغاية للإجهاد - حيث يتدهور التيار الحرج بنسبة 50% عند إجهاد الشد بنسبة 0.3%، مما يستلزم تصميمات ما قبل الإجهاد الانضغاطي في هندسة المغناطيس. يعزّز التطعيم بالتيتانيوم أو الغاليوم (3-7%) قوة التثبيت ومقاومة الإشعاع. أثناء الانتشار التفاعلي، يولد انتقال Sn من المصفوفة البرونزية حبيبات Nb₃Sn بحجم 2-5 ميكرومتر، مع تدرجات تركيبية من النحاس والزنك تحكم حركية نمو الطبقة.
وتتيح هذه الخصائص مجتمعة تطبيقات متطورة، بما في ذلك لفائف المجال الحلقي الاندماجي لمفاعل الطاقة النووية الحراري الدولي (13.5 ت)، وترقية مصادم الهادرونات الكبير عالي الإضاءة في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) (ثنائي القطب 11 ت)، ومطياف الرنين المغناطيسي النووي 23.5 ت، مع استمرار الأبحاث التي تستهدف مراكز التثبيت الاصطناعية لمزيد من التحسينات في مجال Jc.
تطبيقات قضبان سبائك النيوبيوم والقصدير
1. مفاعلات الاندماج النووي
لفائف المجال الحلزوني الحلزوني ITER (فرنسا): 18 ملفاً من سبائك النيوبيوم-الزنك تولد 13.5 تسلا لحصر البلازما (الطاقة المخزنة: 41 جيجا جول).
سبارك (MIT/CFS): توكاماك مدمج باستخدام مغناطيسات Nb₃Sn بقوة 8.2 تيرابايت من أجل عرض صافي كسب الطاقة (+2025).
2. مسرعات الجسيمات
الترقية عالية اللمعان لمصادم الهادرونات الكبير (CERN): أقطاب ثنائية المغناطيس Nb₃Sn بقوة 11T لتحل محل مغناطيس NbTi، مما يعزز معدلات التصادم 10 أضعاف (التشغيل: 2029).
FCC-hh (المصادم الدائري المستقبلي): مغناطيسات مقترحة بقدرة 16T تستهدف طاقة تصادم 100 TeV.
3. مطياف الرنين المغناطيسي النووي عالي المجال
1.2 جيجا هرتز للرنين المغناطيسي النووي (23.5 تيرابايت): مغناطيسات Nb₃Sn/NbTi الهجينة التي تتيح تحليل بنية البروتين ذات الدقة الذرية (على سبيل المثال، Bruker Ascend® Aeon).
4. أجهزة الاندماج المدمجة
مفاعل ARC (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا): مغناطيسات قابلة للفك بالكامل من نوع Nb₃Sn تحقق مجالات بقوة 9.2 ت مع إمكانية الصيانة السريعة.
5. التصوير الطبي
الجيل التالي من التصوير بالرنين المغناطيسي: نموذج أولي لماسحات ضوئية لكامل الجسم بقدرة 7 تيرابايت مزودة بملفات Nb₃Sn لتحسين دقة التصوير العصبي.
6. تخزين الطاقة
SMES (تخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل): أنظمة 100 MJ Nb₃Sn لتخزين الطاقة المغناطيسية فائقة التوصيل من أجل استقرار الشبكة (على سبيل المثال، مشروع Swiss-SMES).
تغليف قضبان سبائك النيوبيوم والقصدير
يتم تغليف منتجاتنا في علب كرتونية مخصصة بأحجام مختلفة بناءً على أبعاد المواد. يتم تعبئة العناصر الصغيرة بشكل آمن في صناديق PP، بينما يتم وضع العناصر الأكبر حجمًا في صناديق خشبية مخصصة. نضمن الالتزام الصارم بتخصيص التغليف واستخدام مواد توسيد مناسبة لتوفير الحماية المثلى أثناء النقل.
التغليف: كرتون أو صندوق خشبي أو حسب الطلب.
يرجى مراجعة تفاصيل التغليف المقدمة للرجوع إليها.
عملية التصنيع
1.طريقة الاختبار
(1)تحليل التركيب الكيميائي - يتم التحقق منه باستخدام تقنيات مثل GDMS أو XRF لضمان الامتثال لمتطلبات النقاء.
(2)اختبار الخواص الميكانيكية - يشمل اختبارات قوة الشد وقوة الخضوع والاستطالة لتقييم أداء المواد.
(3)فحص الأبعاد - يقيس السماكة والعرض والطول لضمان الالتزام بالتفاوتات المحددة.
(4)فحص جودة السطح - التحقق من وجود عيوب مثل الخدوش أو الشقوق أو الشوائب من خلال الفحص البصري والفحص بالموجات فوق الصوتية.
(5)اختبار الصلابة - يحدد صلابة المواد لتأكيد التوحيد والموثوقية الميكانيكية.
يرجى الرجوع إلى إجراءات اختبارSAM للحصول على معلومات مفصلة.
الأسئلة الشائعة حول قضبان سبائك النيوبيوم والقصدير
Q1. لماذا اختيار Nb₃Sn بدلاً من NbTi؟
يتيح التركيب البلوري A15 معلمات حرجة أعلى: Tc=18 كلفن (مقابل 9 كلفن لـ NbTi)، Bc2 (4.2 كلفن)>25T (مقابل حد 8T)، مما يسمح بتشغيل المغناطيس في درجات حرارة/مجالات أعلى مع تكاليف تبريد أقل.
Q2. تحديات التصنيع الرئيسية؟
تُظهر مرحلة Nb₃Sn المتفاعلة هشاشة متأصلة (إجهاد الكسر <0.2%)، مما يتطلب سلائف Nb-Sn قابلة للسحب عبر عملية البرونز/طريقة القصدير الداخلية، يليها التلدين بالانتشار بدرجة حرارة 650-700 درجة مئوية.
Q3. أين لا غنى عن Nb₃Sn؟
1. الاندماج النووي (الملفات الحلقية الحلزونية بقوة 13.5 تيرابايت في ITER)
2. المسرّعات فائقة المجال (الأقطاب الثنائية القطبين 11T لمصادم الهادرونات الكبير)
3. مطياف الرنين المغناطيسي النووي بتردد ≥1 جيج اهرتز (مغناطيسات هجينة بقوة 23.5 ت)
المعلومات ذات الصلة
1 -طرق التحضير الشائعة
تعتمد موصلات Nb₃Sn على تصنيع السلائف القابلة للسحب عبر عملية البرونز (مصفوفة Sn-Cu مع قضبان Nb) أو طريقة القصدير الداخلية (نوى Sn في أنابيب Nb)، مما يتيح اللف قبل التفاعل. تتشكل المرحلة فائقة التوصيل من خلال التلدين بالانتشار في الحالة الصلبة عند درجة حرارة 650-700 درجة مئوية لمدة 50-200 ساعة، حيث يتخلل Sn Nb لتكوين بلورات A15 الهشة. ويؤدي هذا التركيب في درجات الحرارة المرتفعة إلى عائقين حاسمين: عدم تطابق التمدد الحراري (Δα≈6×10-≈6-⁶K-¹ بين Nb والبرونز)، مما يسبب إجهادًا متبقيًا، وهشاشة متأصلة (إجهاد الكسر <0.2%) مما يتطلب معالجة متخصصة. تتطلب المعالجة الآلية بعد التفاعل كسوة/مثبت نحاسي للحماية من التبريد والتبريد واللف المسبق للضغط (-0.6% إجهاد -0.6%) لتعويض إجهادات الشد أثناء تشغيل المغناطيس. ينطوي تحسين الأداء على تخدير Ti/Ga (3-7 at%) لتعزيز المجال الحرج العلوي (Bc2>25T) والتحكم في تثبيت حدود الحبيبات لتحقيق Jc> 3000 أمبير/مم² عند 15T. يواجه التحجيم الصناعي تحديات في تجانس التفاعل (تجنب تسرب Sn) وتصميم تحمل الإشعاع لتطبيقات الاندماج، مما يدفع البحث نحو التصنيع الإضافي للسلائف والبنى الهجينة مع REBCO.
