集束拉拔工藝制備的Cu-Nb復(fù)合線材具有較高的強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性,是被應(yīng)用于強(qiáng)脈沖磁場中以實(shí)現(xiàn)100 T的脈沖強(qiáng)磁場材料。本文通過對Cu-Nb復(fù)合線材進(jìn)行不同溫度的退火處理,利用SEM、TEM、XRD、納米壓痕力學(xué)性能測試等方法來研究不同退火處理?xiàng)l件下復(fù)合材料的微觀組織及織構(gòu)演變情況,分析了退火處理對材料力學(xué)性能和電學(xué)性能的影響,著重分析了CuNb納米復(fù)合區(qū)的顯微硬度,并且通過計(jì)算估計(jì)了材料的強(qiáng)度。對退火處理后材料的微觀組織與力學(xué)性能和電學(xué)性能的關(guān)系進(jìn)行了分析。主要研究結(jié)果如下:（1）集束拉拔工藝制備的Cu-Nb復(fù)合線材中的Nb芯絲形成了卷曲的條帶狀形貌,單根Nb芯絲的平均寬度約為320 nm,厚度約為20 nm,達(dá)到了納米尺度,Nb芯絲在縱截面上呈纖維狀結(jié)構(gòu)。最內(nèi)層的Cu基體厚度大約為76 nm,基體中存在大量的位錯(cuò)和孿晶,這與材料經(jīng)過大塑性變形,內(nèi)部產(chǎn)生了較高的應(yīng)變能和晶格畸變有關(guān)。（2）當(dāng)退火溫度小于300 ^oC時(shí),Nb芯絲的尺寸和形貌沒有發(fā)生明顯的變化,仍然呈條帶狀,保持平行于拉拔方向的纖維結(jié)構(gòu)。400 ^oC退火后,Nb芯絲仍然保持條... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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目前世界上主要脈沖強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)室最高磁場對比[3]

準(zhǔn)，InternationalAnnealedCopperStandard,100%IACS=1.7241μΩ·cm）[16]。俄羅斯無機(jī)材料研究所在Cu-Nb復(fù)合材料的研究上取得了很大的突破，他們研制出的Cu-Nb復(fù)合材料強(qiáng)度高達(dá)1.1GPa，電導(dǎo)率達(dá)66%IACS[17]。日本在研制Cu-Ag線材方面也取得了很大的進(jìn)展，他們研制出的Cu-Ag線材強(qiáng)度達(dá)到1.2GPa，導(dǎo)電率可達(dá)71.5%IACS[18]。我國西北有色金屬研究院采用集束拉拔工藝研發(fā)制備的Cu-Nb復(fù)合線材，其中Nb纖維的數(shù)量最多達(dá)到854=5.22×107，橫截面為5mm2的線材在室溫下的抗拉強(qiáng)度達(dá)到915MPa，電導(dǎo)率達(dá)到73%IACS[19]。圖1.2在美國弗羅里達(dá)埃格林空軍基地測試的磁體線圈，線圈采用ETPCu制成，在57-58T磁場強(qiáng)度下發(fā)生自毀：(a)毀壞前的線圈；(b)毀壞后的線圈[9]Fig.1.2MagnetcoiltestedatEglinAirForceBase,Florida.Thecoil,madefromETPcopper,self-destructedat57-58T:(a)pre-destroyedcoil;(b)damagedcoil[9]由于在實(shí)際的應(yīng)用中要求脈沖磁場的強(qiáng)度大于60T，脈沖時(shí)間大于10ms，因而要求磁體材料具有高導(dǎo)電性和高強(qiáng)度以減小焦耳熱效應(yīng)和承受線圈受到的巨大洛倫茲力。脈沖磁體技術(shù)的關(guān)鍵是制備出材料截面面積大于5mm2、電導(dǎo)率大于65%IACS時(shí)，室溫抗拉強(qiáng)度大于1GPa的高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的繞制磁體線圈。目前，可用的高強(qiáng)度導(dǎo)體有金屬-金屬復(fù)合材料（如Cu-Ag、Cu-Nb[20]、Cu-Fe-Ag微觀復(fù)合材料[21]）、納米顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料（Cu-Al2O3）和宏觀復(fù)合材料（如Cu-StainlessSteel[15]）。圖1.3為不同導(dǎo)體材料在脈沖磁場下的性能，圖中

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文460T和10ms所分割出來的左上方區(qū)域的材料滿足這個(gè)條件。Cu-珠光體（Cu-PearliticSteel）材料雖然滿足該條件，但是由于該材料制備相對簡單，性能相對較差，在大應(yīng)變條件下容易發(fā)生分解，所以一般用于脈沖磁體的外部線圈[10]。圖1.3脈沖磁場條件下導(dǎo)體材料的性能[22]Fig.1.3Propertiesofselectedmaterialsunderpulsedmagneticfield[22]Cu-Nb和Cu-Ag等微觀復(fù)合材料在具有高強(qiáng)度的同時(shí)也兼具了良好的導(dǎo)電性，是脈沖磁體內(nèi)部線圈的優(yōu)選材料。在世界各國科研人員多年的實(shí)踐下，他們發(fā)現(xiàn)采用Cu-Nb或Cu-Ag微觀復(fù)合材料繞制磁體線圈能夠?qū)崿F(xiàn)100T的脈沖強(qiáng)磁場，所以成為脈沖強(qiáng)磁場磁體材料研究的重點(diǎn)。眾所周知，強(qiáng)變形微觀復(fù)合材料的導(dǎo)電性和強(qiáng)度是由其微觀結(jié)構(gòu)[20,23]決定的。在這方面，具有FCC-BCC（面心立方,face-centercubic;體心立方,body-centercubic）晶體結(jié)構(gòu)的材料（Cu-Nb、Cu-Cr、Cu-Fe）被認(rèn)為比FCC-FCC這種晶體結(jié)構(gòu)的材料（Cu-Ag、Ag-Ni）具有更高的強(qiáng)度同時(shí)也表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。另一方面，Cu-StainlessSteel和Cu-Ag材料的開發(fā)至少已經(jīng)進(jìn)行了30年[24]，因此，這些材料的潛力和局限性已經(jīng)眾所周知。盡管這兩種材料仍可以改進(jìn)，但研究學(xué)者普遍認(rèn)為，適合下一代脈沖強(qiáng)磁場的材料（即B=100T）必須超出Cu-StainlessSteel和Cu-Ag復(fù)合材料的已知強(qiáng)度和導(dǎo)電性等參數(shù)，所以Cu-Nb材料就被研究學(xué)者認(rèn)為是非常有前途的材料。對于Cu-Nb材料來說，由于Nb在Cu中的溶解度可以忽略不計(jì)，因此可以根據(jù)混合物的線性規(guī)律預(yù)期出導(dǎo)電性更高的材料。此外，由于Nb和Cu的彈性性質(zhì)非常相似，因此可以預(yù)期合金具有良好的延展性。


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