化合物材料的制备技术及其研究发展现状和发展趋势|江阴雨辰互联

2024年4月20日发(作者：华为客服电话24小时)

科学研究创新

DOI：10.16660/.1674-098X.2205-5640-0496

2022 NO.27

Science and Technology Innovation Herald

科技创新导报

Sn金属间化合物材料的制备技术及其研究

发展现状和发展趋势

江涛

（西安石油大学材料科学与工程学院陕西西安 710065）

摘　要： Nb

Sn金属间化合物材料具有很多优秀的性能，如较高的熔点、较高的密度、较高的力学性能，以及良

好的耐磨损性能、良好的抗高温氧化性能、良好的耐腐蚀性能等。此外，Nb

Sn金属间化合物材料还是具有超

导性能的超导材料。本文主要叙述了Nb

Sn金属间化合物材料的研究发展现状，并对Nb

Sn金属间化合物材

料的未来研究发展趋势和发展方向进行分析和预测。

关键词：N b

Sn金属间化合物制备技术研究发展现状发展趋势

中图分类号： TG146.15文献标识码： A文章编号：1 674-098X(2022)09(c)-0005-07

Preparation Technology, Research Status and Development

Trend of Nb

Sn Intermetallic Compound Materials

JIANG Tao

(School of Materials Science and Engineering, Xi'an Shiyou University, Xi'an, Shaanxi Province,

710065 China)

Abstract: Nb

Sn intermetallic compound materials exhibit many excellent properties, such as high melting point,

high density, high mechanical property and excellent wear resistance, excellent high temperature oxidation resistance

and excellent corrosion resistance. In addition, Nb

Sn intermetallic compounds are superconducting materials with

superconducting properties. This paper mainly describes the research and development status of Nb

Sn intermetallic

compound materials, and analyzes and forecasts the future research and development trend of Nb

Sn intermetallic

compound materials.

Key Words: Nb

Sn intermetallic compounds; Preparation technology; Research and development status; Develop-

ment trend

较高的力学性能和良好的耐磨损性能、良好的抗高温

Sn金属间化合物材料具有很多优秀的性能，如

艺、常压烧结工艺、放电等离子烧结工艺、热等静压烧

结工艺、热压反应烧结工艺、原位反应自生法等。

氧化性能和良好的耐腐蚀性能及良好的超导性能等。

2 NbSn金属间化合物材料的研究发展现状

Sn金属间化合物具有更高的熔点和适中的密度，是

NbSn金属间化合物材料具有很多优秀的性能，如

一种潜在的高温结构材料。同时，Nb

Sn金属间化合物

材料可作为一种高电流高磁场下的超导材料来使用。

较高的熔点、较高的密度、较高的力学性能，以及良好

的耐磨损性能、良好的抗高温氧化性能、良好的耐腐蚀

性能、良好的超导性能等。Nb

Sn金属间化合物具有更

同时，Nb

Sn金属间化合物材料可作为一种高电流高磁

高的熔点和适中的密度，是一种潜在的高温结构材料。

1 Nb

Sn金属间化合物材料的制备技术

末冶金工艺，其中，粉末冶金工艺主要包括热压烧结工

Sn金属间化合物材料的制备工艺主要采用粉

作者简介：江涛（1978—），男，博士，副教授，研究方向为金属材料。

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场下的超导材料来使用。因此，制备Nb

Sn金属间化

合物材料成为主要的研究发展方向。

Deryagina等研究了青铜基体中锡浓度对不同设

新设计的导线：单叠层型和复丝（MF）型。电子探针微

量分析结果表明基体中Sn活性增强，形成较厚的

Sn层，并且与Cu基体样品相比，基体中的残余Sn

含量变小，黄铜基体线的特性明显高于Cu基体线的特

性。在复丝（MF）型线材中，内部Nb核心完全反应，尽

管在最外面的长丝中发现未反应的Nb部分，在复丝

（MF）型线中，发现了更明显的基体中残余Sn含量的减

［3］

有用。

计青铜加工超导线材中Nb

Sn层预反应形成的影

［1］

响，目的是研究和分析Sn浓度（14%或16%）、Ti掺杂

方式和Nb长丝形状对预反应Nb

Sn晶粒寄生层厚度

的影响。在ITER型股线中，在扩散退火之前形成，用

于通过青铜技术加工的高场应用。在500℃下使用短，少。目前，新的Nb

Sn线可能对将来的超导应用

总持续时间不超过1h的中间热处理不能避免在所研

究的所有样品中预先形成Nb

Sn，与所有样品中的初始

状态相比，热处理后，青铜中的Sn浓度降低1.5%~

2.0%。在具有Ti掺杂的青铜基体和耦合的Nb细丝的

Banno等研究了添加元素对内锡（IT）加工Nb

［4］

线材Cu基体的影响。在内部锡（IT）过程中向Cu基

样品中，在14%Sn的青铜中，寄生层的平均厚度为

112nm，对于具有16%Sn的青铜基体，寄生层的平均厚

度为140nm。在具有16%Sn基体和延伸的复杂形状的

可以得出结论，为了最小化寄生层的形成，具有高锡青

［1］

间热处理。

体中添加元素，在Nb

Sn层形成中产生了多种有趣的

扩散反应行为。Zn是一种有吸引力的添加剂，可以提

高Nb

Sn层的生长速度。在内锡（IT）过程中，新尝试

了Ge、Ga和Mg添加到基体中，并报道了扩散行为的一

这可能有助于机械强化和增加电界面电阻；Ga可以扩

显著的晶粒粗化；添加Mg使得晶粒形态更精细。同

时，添加Zn和少量Ge，导致高场临界电流密度（Jc）的

［4］

轻微增强。

Nb长丝的样品中，预反应层的平均厚度达到200nm。

些特征，Ge添加在Nb

Sn长丝周围形成富含Ge的层，

铜基体的股线应该在低于500℃的温度下进行短的中

Valova-Zaharevskaya等研究了不同扩散退火状态

散到Nb

Sn层中，导致临界磁场的轻微增强，但是导致

下ITER型青铜加工线中Nb

Sn层的生长速率和形

［2］

貌。Nb

Sn基青铜加工复丝复合材料已在无机材料

［5］

研究所制造，并通过扫描电子显微镜（SEM）进行研究，线材中Nb

Sn相形成的初始阶段

。目前，Nb

Sn超导

Li等研究了通过电子显微镜研究Nb-青铜基复合

以确定其结构参数与退火持续时间在不同温度

（575℃、650℃、750℃）。超导层在其形成过程中的结

构特征在于厚度、等轴晶粒的平均尺寸，以及柱状和等

轴晶粒的分数比。结果发现，在高扩散退火温度

（650℃以上）条件下，超导层生长得更快，但即使在短

时间（10h）内，等轴Nb

Sn晶粒的平均尺寸也比长时间

低温退火后大得多。结果表明，为了确保Nb

Sn基导

线在高磁场中的最佳载流能力，有必要考虑不同的趋

势：一方面，接近Nb

Sn相化学计量并提供其最大量的

可能性；另一方面，为了避免不希望的晶粒生长，导致

［2］

更低的钉扎力。

体在高磁场中越来越受欢迎，平面CuSn/Nb扩散对中

Sn相的生长规律已得到研究，而圆柱形CuSn/Nb扩

散对中Nb

Sn相的形成机制仍有争议。这项工作的目

的是通过使用扫描电子显微镜（SEM）来研究退火初始

（SEM）可以获得Nb

Sn层的厚度。在这项研究中，研

究了不同退火时间的青铜处理的Nb

Sn复丝。Nb

相是在670℃等温退火过程中通过固态扩散形成的，这

是通过Sn原子从CuSn/Nb

Sn界面移动到Nb

Sn/Nb界

面来实现的。然而，退火初始阶段，Nb

Sn相的形成机

制仍不清楚。通过扫描电镜（SEM），研究了等温退火

［5］

过程中Nb

Sn相的显微组织演变

。

阶段Nb

Sn相的生长指数，通过扫描电子显微镜

［3］

加工Nb

Sn线材

，开发了采用Cu合金基体代替纯Cu

Banno等研究了采用铜合金基体的新型内锡（IT）

的新型内锡（IT）加工Nb

Sn线材。黄铜是一种有吸引

力的合金作为基体，因为锌似乎有效加速Nb

Sn的合

成，在Nb

Sn合成之后，Zn在基体中保持均匀，期望提

［6］

术超导体中Nb细丝和Nb

Sn相的织构

，研究了采用

Tsapleva等研究了青铜和内部锡源技术制造的技

内锡源技术和青铜技术制备的复合Nb

Sn超导体及使

用内锡源技术制造复合材料所需的子元素中铌的织

构。结果表明，在反应热处理前，Nb的结构组分具有

（110）拉拔织构；反应热处理后，未观察到Nb

Sn超导

高线的机械耐受性，这对于反应和风磁体应用尤其可

能是优选的。这里，使用黄铜（Cu-15wt%Zn）制造两条

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［6］

化合物晶粒的择优取向。

［7］

性能的影响，Nb

Sn复合超导体在扭成电缆、还原和

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态的影响，研究了杆在不同制造步骤的机械性能，研究

结果将应用于开发利用内部进料锡（IFT）技术制造

［10］

Sn超导体的技术条件

。

Abdyukhanov等研究了局部损伤对Nb

Sn超导体

缠绕时会发生显著变形，并且会受到损坏，从而影响其

电物理性能；研究了人工诱导的表面损伤对采用青铜

技术和内部锡源法制造的直径为0.82mm和0.7mm的

Sn超导体的电物理特性和微观结构的影响，结果表

明，变形样品的临界电流随着损伤深度，数量和范围的

增加而减小，超导体的载流能力随着将导线样品压平

［7］

至厚度为0.4~0.6mm而产生的变形增加而降低。

［11］

响的固有模型。Nb

Sn金属间化合物的超导临界特

Qiao等研究了应变张量对A15型Nb

Sn态密度影

性受到施加到材料上的应变的负面影响，这对科学和

技术应用很重要。最近的静水压力实验强调了费米表

面的态密度（DOS）在理解超导Nb

Sn的固有机电特性

方面的重要性，由于制造、热失配和操作，Nb

Sn材料会

受到各种应变状态的影响，因此，必须建立对费米表面

态密度（DOS）与不同应变分量之间关系的综合研究的

详细描述。在Bhatt模型的基础上，结合k→p→微扰理

论的结果，提出了A15型晶格结构的Nb

Sn化合物中

量的大小及3个量之间的差异，本质上解释了Nb

Sn材

应变张量对态密度（DOS）的影响的模型，主要应变分

料在经历不同变形模式时费米能级态密度（DOS）的不

源，并在多应变态的实际Nb

Sn超导体中开发基于微

［11］

物理的应变缩放定律。

［8］

度及其起源，报告了内部氧化Nb

Sn超导体中非铜

Xu等研究了内氧化Nb

Sn超导体的高临界电流密

基体临界电流密度（Jc）的成就，该超导体超过了最先

进的Nb

Sn和未来圆形对撞机的临界电流密度（Jc）规

格，然后探索了改进的机制，这被认为是由细化晶粒尺

寸引起的。然而，实验表明，即使晶粒尺寸相似内部氧

这与透射电子显微镜（TEM）和原子探针断层扫描研究

具有合适的尺寸作为内部氧化线的钉扎中心，证明了

［8］

纳米沉淀物的显著贡献。

化线材的临界电流密度（Jc）也明显高于非氧化线材，同特征。该模型有助于确定Nb

Sn中应变敏感性的起

相结合，这些研究显示出高密度的颗粒内纳米沉淀物

［12］

层形成和结构的影响。在研究中，通过扫描电镜

Popova等研究了中间热处理对Nb

Sn基多丝超导

［9］

的结构和力学性能，研究了用于制备内锡源法制备

Abdyukhanov等研究了Nb

Sn超导体复合半成品

（SEM）和透射电镜（TEM），研究了具有耦合Nb细丝的

Sn基复丝在经过各种中间退火包括短时高温热处

理和两阶段扩散退火后，在所有研究的线材中都发现

了一定数量的预反应Nb

Sn层的形成，其数量取决于

的多纤维Nb

Sn超导体的各种设计的复合Cu/Nb/Sn棒

的结构和机械性能，结果表明，当达到高度变形（lnμ为

研究了复合半成品断口的结构特征，研究结果将用于

［9］

开发制造Nb

Sn超导体的技术模式

。

9）时，棒的抗拉强度约为700MPa，而塑性下降到2%；

线材直径、温度和中间热处理的持续时间，最终扩散层

的结构也受这些初步处理方式的影响。这项研究能够

揭示最佳热处理时间表，以形成最完美的超导层纳米

［12］

晶体结构，确保最高的临界电流密度。

［10］

双金属Nb/Cu棒的结构和力学性能。在现代高能物

Abdyukhanov等研究了用于生产Nb

Sn超导体的

理项目中构建磁系统，例如，未来圆形对撞机（FCC）的

创建和大型强子对撞机（HL-LHC）的现代化改造，首

先是具有高水平电物理特性的Nb

Sn超导体作为高电

流承载能力是必要的，这种多丝Nb

Sn超导体是通过

内部进料锡（IFT）技术获得的，该技术包括使用包含高

纯度铌，铜和锡的复合材料变形制成直径小于1mm的

导线。复合线材成分中存在诸如锡基合金或T

=232℃

的纯锡等成分，排除了Nb再结晶退火的可能性，这对

Nb机械性能提出了严格要求，这决定了Nb的塑性变

形能力。在研究中，讨论了创建双金属Nb/Cu棒的设

计和条件对铌的晶粒结构及其与铜护套之间的边界状

［13］

动力学形成和结构特征研究，已经通过使用光学显

Dergunova等研究了技术超导体中超导Nb

Sn相的

微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和微量分析的金相

分析方法研究了在很宽的温度和暴露时间范围内的扩

散退火条件对超导体中Nb

Sn相形成的影响，分析了

征，测量了其厚度，研究了晶粒结构和成分，详细阐述

［13］

议，旨在获得高载流能力。

Sn层在初始形成阶段和长期扩散退火后的结构特

了改进不同设计的Nb

Sn超导体的扩散退火条件的建

Hishinuma等研究了使用各种Cu-Sn-In三元合金

［14］

基体开发青铜加工的Nb

Sn线

，由实际Nb

Sn线的

高机械应变引起的传输电流退化是未来熔化磁体的一

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个严重问题，其导体受到高电磁力，因此，提高Nb

元素之间的间距为几微米时，这会阻止Sn通过该区域

扩散，通过图像分析，发现平均晶粒尺寸为约230nm。

迄今为止，已分别在12T和16T下获得了1470A/mm

和

640A/mm

的基体临界电流密度（Jc）值，前驱体导线的

仍有一些未反应的Nb芯区，在外部子元素中发现Ti向

［16］

仍有改进的余地。

丝的机械强度是熔融应用的重要研究课题。采用固溶

强化机制应用内部基体强化来强化Nb

Sn线，还使用

包含铟（In）作为第三溶质元素（Cu-Sn-In）的各种三元

铟仍保留在这些导线的基体中，Nb

Sn合成后的Cu-

Sn-In三元基体的维氏硬度高于传统青铜和Cu-Sn-Zn

Nb芯的面积分数约为36.3%，热处理后，

青铜合金制造了青铜加工的Nb

Sn线。Nb

Sn合成后，

丝状区域中，

Sn层的扩散不足，这些发现表明临界电流密度（Jc）

Zhao等研究了多尺度Nb

Sn细丝的有效热导率和

三元基体的维氏硬度。这表明与Zn相比，In作为固溶

强度过程的第三溶质元素更有效，这可能有助于Nb

线的进一步机械强化。在这项研究中，研究了作为溶

质元素的In对使用各种Cu-Sn-In基体的青铜加工

［14］

Sn线材的微观结构和超导性能的影响

。

［17］

热机械均质化方案。通过最近提出的多物理场局

部精确均质化理论（LEHT），对欧洲先进超导体（EAS）

链的细丝组进行了多尺度均质化热导率和热机械性能

的综合研究。细丝组具有独特的两级分层微观结构，

其重复图案垂直于Nb

Sn细丝的轴向。Nb

Sn灯丝在

600~700℃之间的极高温度下加工，而其工作温度极

阻率，Nb

Sn可能会经历高热通量。Nb

Sn细丝组的固

［15］

理的Nb

Sn线进行新的微观结构控制

。为了实现即

Banno等研究了通过向基体添加元素对内部锡处

将到来的高场磁体应用，如未来圆形对撞机（FCC）和

演示电厂（DEMO），强烈要求Nb

Sn导体的性能进一步

度（Jc）性能在Nb/Cu/Sn面积比、横截面设计、Nb丝线

提高。然而，面临的问题是，Nb

Sn股线的临界电流密

直径等方面几乎完全优化，因此，需要一些突破来克服

这个问题。在此背景下，一直在研究通过将元素添加

到内部锡处理Nb

Sn导体的Cu基体中来控制新的微观

果，此外，还报告了同时添加Zn和少量Mg的结果，以

及Ti掺杂位置对微观结构和临界电流密度（Jc）性能的

影响，发现在Cu-Zn/Sn扩散反应中发生显著不同的扩

散行为。例如，在Cu-Zn/Sn扩散中，固体三元Cu-Sn-

Zn相在400℃热处理的最外层反应前沿广泛形成，而

多孔相在Cu/Sn扩散中广泛形成。在黄铜基体中添加

少量Mg，会导致更细的晶粒尺寸和更好的临界电流密

度（Jc）性能。Ti掺杂到Nb细丝而不是Sn芯，导致在边

界处消除富钛层，该层在Ti掺杂到Sn芯时形成，没有

富钛层，显著有助于改善整个横截面的Sn和Ti

［15］

分布。

低，为-269℃。同时，由于Nb

Sn在正常状态下的低电

有分级微观结构和多物理场加载条件使多物理场局部

精确均质化理论（LEHT）成为进行均质热导率和热机

械分析的理想选择。首先，与有限元分析进行比较以

验证有效性，并且在均质热导率与机械和热膨胀特性

方面获得了良好的一致性。然后，应用系统地研究体

积分数和温度对Nb

Sn细丝在微观和中尺度的均质热

导率和热机械性能的影响，这些均质化特性为研究人

员或工程师提供了解Nb

Sn均质化特性的全貌，并将

［17］

进一步促进材料设计和应用。

结构，报告了对添加锌的影响的更基础研究的一些结

［18］

扩散退火对稳定铜电导率的影响。为了制造未来

Novosilova等研究了含锡源的Nb

Sn基超导体的

圆形对撞机磁系统的绕组，需要对通过内部锡源法获

得的Nb

Sn基复合超导体进行现代化改造，这也涉及

提高材料的热导率和电导率。使用残余电阻比（RRR）

参数（273K和20K时铜的电阻率值的比值）确定基体

铜，高残余电阻比（RRR）值的实现受几何尺寸、超导体

（RHT）模式之间的平衡控制，给出了钢绞线直径和反

应热处理（RHT）模式对残余电阻比（RRR）参数影响的

实验和理论研究结果。通过扫描电子显微镜（SEM）和

电子探针微量分析（EMPA），研究了在反应热处理

（RHT）过程中锡从亚元素区扩散到不同直径的线束中

的稳定铜。该研究是在具有分布式Nb势垒的基于

［18］

Sn的多丝超导体实验样品上进行的

。

［16］

显微结构研究。就Nb

Sn层的生长动力学而言，在

Banno等研究了黄铜基内锡复丝Nb

Sn超导体的

组件的体积分数和用于形成Nb

Sn相的反应热处理

内部锡处理的Nb

Sn超导体中将Zn添加到Cu基体中

是有吸引力的，Cu-Zn（黄铜）基体中的Sn活性增强，这

加速了Nb

Sn层的形成。在这里，使用Nb芯直径小于

学研究了进一步改进临界电流密度（Jc）的潜力。Ti被

添加到前驱体线的Sn芯中，微量化学分析表明，Ti在

由Nb核组成的子元素之间积累，当前驱体导线中的子

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10μm的黄铜基体制备了复丝，并通过显微结构和微化

Liu等研究了分散裂纹对Nb

Sn股线临界电流的

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［19］

影响。Nb

Sn股线是目前使用最广泛的高场超导

体，然而，一个重要的事实是，Nb

Sn股线的传输性能在

承受高机械载荷时会明显降低。基于高轴向拉伸应变

引起的青铜铸流裂纹的分散分布，提出了一个分析铸

流模型来描述裂纹对Nb

Sn铸流临界电流的影响，从

性，结果表明，该模型的计算结果与实验数据一致。由

于Rc是总电压计算的关键参数，其实际值对于准确结

果非常重要，因此还讨论了灯丝到基体电阻Rc对传输

退化的影响，还比较了分散和集体裂缝对特定条件下

［19］

传输特性的影响。

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使用场发射扫描电镜（FE-SEM）对由Nb

SnCIC导体组

成的对接接头进行微观结构观察。作为观察用样品，

使用在接合电阻测量中使用的对接样品，在样品制造

过程中，对接接头样品从室温加热到约920K，用于在

热处理后进行扩散接合以生产Nb

Sn，然后，样品在联

合测量中经受电磁力的循环。观察结果表明，Nb

Sn绞

线和铜片在对接接头的界面处正确对接，此外，在界面

附近的股线的Nb

Sn层中存在发丝裂纹。为了研究裂

纹萌生的原因，使用简单模型分析了相同条件下对接

接头中产生的应力，结果，裂纹会随着对接接头制造产

［23］

生的轴向压应力而发生。

理论上研究了钢绞线临界电流Ic对裂纹密度的依赖

［20］

结构优化，简要回顾了对通过青铜法和内部锡源法

Popova等研究了超导复合材料中Nb

Sn层的微观

制成的不同设计的多丝导体中使用不同扩散退火方案

制备的超导Nb

Sn层的微观结构演变的研究。这项工

作基于作者的原始调查和其他人发表的最重要的结

果，考虑了制造方法、合金化、线的几何形状和热处理

模式对Nb

Sn层的形成、它们的结构和形态的影响，以

［20］

及因此对多丝超导体的载流能力的影响。

［24］

加工Nb

Sn复丝的开发

，实际Nb

Sn线材上的高机

Hishinuma等研究了Cu-Sn-Zn三元合金基体青铜

械应变导致输运临界电流密度（Jc）性能下降，这是应

化三元Cu-Sn-Zn青铜合金，用于开发高强度Nb

Sn复

用未来熔融磁体系统的严重问题；开发了各种固溶强

丝。Nb

Sn合成热处理后，Zn元素均匀地留在青铜基

体中，有助于强化青铜基体。通过提高Cu-Sn-Zn三元

达到最大输运临界电流（Ic）时获得的拉应力从80MPa

青铜合金标称Zn含量，Nb

Sn丝的机械强度得到提高，

提高到200MPa，该值与使用CuNb增强技术的高强度

Sn线相当。与强化技术相比，青铜合金的固溶强化

技术是一种更简单的方法，成为青铜加工Nb

Sn线材

［24］

中有吸引力的高强化工艺之一。

（MS）扁平线圈，研究了使用电压测量的失超检测方

法。在这项研究中，使用了两种方法：两个线圈绕组之

间的平衡电压和一个线圈绕组和一个盘形拾音线圈之

间的平衡电压。在多层（MS）扁平线圈通电期间，对线

圈进行电压测量，以比较两种失超检测方法的测量结

果，测量结果表明，基于两个线圈绕组之间平衡电压的

失超检测比另一个更可靠。在测量中，当线圈电流快

速变化时，观察到尖峰电压，多层（MS）扁平线圈的磁

化被认为是产生尖峰的原因之一，在确定失超检测标

准时，应考虑尖峰电压以防止失超检测系统发生

［21］

故障。

［21］

线圈失超检测。对于用Nb

SnCIC导体缠绕的多层

Obana等研究了用Nb

SnCIC导体缠绕的多层扁平

［25］

导体临界电流密度的影响。多丝复合材料中，超导

Deryagina等研究了Nb

Sn层结构和形貌对多丝超

Sn层的微观结构和形貌在制造路线（青铜技术和内

锡法）、Nb丝的形状（连续、耦合和管状）和Ti掺杂模式

（青铜基体的掺杂）方面不同或Nb细丝进行了研究。

决定这些导线临界电流密度的重要因素是超导层中的

平均晶粒尺寸和等轴晶粒的比例，最小晶粒尺寸是具

有管状Nb细丝的复合材料的特征，而最大比例的等轴

［25］

晶粒是在内部锡丝中获得的。

［22］

低温依赖性的半解析建模，提出了一种基于微观的

Yang等研究了Nb

Sn中常态电阻率的耦合应变和

半解析建模框架来预测应变Nb

Sn超导体的低温输运

3 Nb

Sn金属间化合物材料的研究发展趋势

特性，理论预测与实验观察非常吻合，这表明声子谱中

应变状态相关变化与电子态密度（DOS）之间的竞争是

解释超导Nb

Sn电阻率耦合低温应变敏感性的重要考

虑因素。该模型有助于确定描述Nb

Sn导体超导临界

［22］

特性应变依赖性异常的标度律。

以能够广泛的应用在超导工程领域。Nb

Sn金属间化

Sn金属间化合物材料具有优秀的超导性能所

合物具有更高的熔点和适中的密度是一种广泛使用的

高温结构材料。同时，Nb

Sn金属间化合物材料可作为

一种高电流高磁场下的超导材料来使用。Nb

Sn金属

间化合物材料的未来研究发展趋势是，可以向Nb

［23］

观察。为了精确评估JT-60SACS线圈的对接技术，形成Nb

Sn基高温金属间化合物，通过合金化过程，可

Obana等研究了Nb

SnCIC导体对接接头显微组织

金属间化合物基体中添加合金元素，形成固溶强化相，

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以提高Nb

Sn基金属间化合物的高温力学性能和抗蠕

可以起到固溶强化的作用，还可以提高Nb

Sn金属间

变性能等。向Nb

Sn金属间化合物中加入合金元素，

应用到超导工程领域中。（5）为了改善和提高Nb

Sn金

化合物的超导性能及提高抗腐蚀性能和耐磨损性能

等，从而通过合金化工艺提高Nb

Sn金属间化合物材

高温工程领域。

料的耐高温性能，使Nb

Sn金属间化合物能够应用到

为充分发挥Nb

Sn金属间化合物材料的超导性

合物材料，使得Nb

Sn金属间化合物材料能够广泛地

属间化合物材料的力学性能，向Nb

Sn金属间化合物

基体中添加增强相和增韧相，形成Nb

Sn金属间化合

较高的力学性能和优良的耐磨损性能等，制备Nb

物基复合材料。Nb

Sn金属间化合物基复合材料具有

金属间化合物基复合材料是Nb

Sn金属间化合物材料

能，可以制备出Nb

Sn金属间化合物丝材、线材、棒材、

添加颗粒、晶须、短纤维、连续长纤维，增强Nb

Sn金属

管材和型材等具有各种形状和类型的超导体材料应用

到超导工程领域。为了改善和提高Nb

Sn金属间化合

成为主要的研究发展方向。可以向Nb

Sn金属间化合

物材料的性能，制备Nb

Sn金属间化合物基复合材料

物中添加颗粒、晶须、短纤维、长纤维作为增强相制备

Sn金属间化合物基复合材料。Nb

Sn金属间化合

物基复合材料具有较高的力学性能、良好的耐磨损性

能、耐高温性能及具有良好的超导性能等。

的主要研究发展方向。向Nb

Sn金属间化合物基体中

间化合物材料，制备出Nb

Sn金属间化合物基复合材

力学性能、良好的耐磨损性能、良好的抗高温氧化性能

和耐腐蚀性能等，以及具有优秀的超导性能，使得

Sn金属间化合物基复合材料能够广泛地应用到工

程领域中。

料，使得Nb

Sn金属间化合物基复合材料具有更高的

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4 结语

良好的耐磨损性能、抗高温氧化性能和耐腐蚀性能、优

Sn金属间化合物材料具有很多优秀的性能，如

良的超导性能等，所以能够广泛地应用在工程领域中。

[2]VALOVA-ZAHAREVSKAYA E,POPOVA E,DERYA-

同时，Nb

Sn金属间化合物材料可广泛地作为超导材料

GINA I,et rate and morphology of Nb

来使用并且应用在超导工程领域中，Nb

Sn金属间化合

layers in ITER-type bronze-processed wires under

物是应用最为广泛的超导材料。

different diffusion annealing regimes[J].IEEE Transac⁃

本文主要叙述Nb

Sn金属间化合物材料的制备工

tions on Applied Superconductivity,2018,28(4):75-85.

艺、力学性能、耐磨损性能、抗高温氧化性能、超导性能

[3]BANNO N,MIYAMOTO Y,TACHIKAWA IT-

等，并叙述Nb

Sn金属间化合物材料的研究发展现状

processed Nb

Sn wires with Cu alloy matrix[J].IEEE

和发展趋势，并对Nb

Sn金属间化合物材料的未来发

Transactions on Applied Superconductivity,2017,27

展趋势和发展方向进行分析和预测。

(4):85-95.

Sn金属间化合物材料的未来发展趋势如下。

[4]BANNO N,MIYAMOTO Y,YU Z,et s of ele⁃

（1）开发新型的制备工艺和技术，从而制备高性能的

ment addition into Cu matrix for IT-processed Nb

Sn金属间化合物材料。（2）开发新型的Nb

Sn金属

wires[J].IEEE Transactions on Applied Superconduc⁃

间化合物材料的丝材、线材、管材、棒材和型材等，能够

tivity,2018,28(4):55-75.

应用到超导工程领域。（3）向Nb

Sn金属间化合物基体

中添加合金元素，形成固溶强化相，形成Nb

Sn基高温

金属间化合物材料，通过合金化过程，可以提高Nb

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基金属间化合物材料的高温力学性能、抗蠕变性能及

超导性能等。（4）继续研究和开发Nb

Sn金属间化合物

材料的超导性能，改进制备工艺，研究和开发新制备技

术，提高生产效率，降低成本，提高Nb

Sn金属间化合

超导性能，制备具有优秀超导性能的Nb

Sn金属间化

物材料的综合性能，提高Nb

Sn金属间化合物材料的

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Sn layer structure and morphology on

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化合物材料的制备技术及其研究发展现状和发展趋势

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