集束拉拔工藝制備的Cu-Nb復合線材具有較高的強度和良好的導電性,是被應(yīng)用于強脈沖磁場中以實現(xiàn)100 T的脈沖強磁場材料。本文通過對Cu-Nb復合線材進行不同溫度的退火處理,利用SEM、TEM、XRD、納米壓痕力學性能測試等方法來研究不同退火處理條件下復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性能和電學性能的影響,著重分析了CuNb納米復合區(qū)的顯微硬度,并且通過計算估計了材料的強度。對退火處理后材料的微觀組織與力學性能和電學性能的關(guān)系進行了分析。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）當退火溫度小于300 ^oC時,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】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

目前世界上主要脈沖強磁場實驗室最高磁場對比[3]

準，InternationalAnnealedCopperStandard,100%IACS=1.7241μΩ·cm）[16]。俄羅斯無機材料研究所在Cu-Nb復合材料的研究上取得了很大的突破，他們研制出的Cu-Nb復合材料強度高達1.1GPa，電導率達66%IACS[17]。日本在研制Cu-Ag線材方面也取得了很大的進展，他們研制出的Cu-Ag線材強度達到1.2GPa，導電率可達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復合線材，其中Nb纖維的數(shù)量最多達到854=5.22×107，橫截面為5mm2的線材在室溫下的抗拉強度達到915MPa，電導率達到73%IACS[19]。圖1.2在美國弗羅里達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]由于在實際的應(yīng)用中要求脈沖磁場的強度大于60T，脈沖時間大于10ms，因而要求磁體材料具有高導電性和高強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、電導率大于65%IACS時，室溫抗拉強度大于1GPa的高強度、高導電性的繞制磁體線圈。目前，可用的高強度導體有金屬-金屬復合材料（如Cu-Ag、Cu-Nb[20]、Cu-Fe-Ag微觀復合材料[21]）、納米顆粒增強的金屬基復合材料（Cu-Al2O3）和宏觀復合材料（如Cu-StainlessSteel[15]）。圖1.3為不同導體材料在脈沖磁場下的性能，圖中

重慶大學碩士學位論文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脈沖磁場條件下導體材料的性能[22]Fig.1.3Propertiesofselectedmaterialsunderpulsedmagneticfield[22]Cu-Nb和Cu-Ag等微觀復合材料在具有高強度的同時也兼具了良好的導電性，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踐下，他們發(fā)現(xiàn)采用Cu-Nb或Cu-Ag微觀復合材料繞制磁體線圈能夠?qū)崿F(xiàn)100T的脈沖強磁場，所以成為脈沖強磁場磁體材料研究的重點。眾所周知，強變形微觀復合材料的導電性和強度是由其微觀結(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）具有更高的強度同時也表現(xiàn)出良好的導電性。另一方面，Cu-StainlessSteel和Cu-Ag材料的開發(fā)至少已經(jīng)進行了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，但研究學者普遍認為，適合下一代脈沖強磁場的材料（即B=100T）必須超出Cu-StainlessSteel和Cu-Ag復合材料的已知強度和導電性等參數(shù)，所以Cu-Nb材料就被研究學者認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，因此可以根據(jù)混合物的線性規(guī)律預期出導電性更高的材料。此外，由于Nb和Cu的彈性性質(zhì)非常相似，因此可以預期合金具有良好的延展性。


本文編號：2957785