авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Структура и свойства сверхпроводящих композиционных материалов на основе соединений а3в и высокопрочных нанокомпозитов cu-nb

-- [ Страница 2 ] --

В работе также проведены испытания на растяжение микрокомпозитов с легированными титаном Nb волокнами и показано, что, в отличие от Zr, Ti не вызывает охрупчивания, и излом этих композитов такой же вязкий, как у нелегированных in situ композитов.

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проведено систематическое исследование композиционных материалов двух классов – многоволоконных сверхпроводников на основе соединений со структурой А3В (V3Ga и Nb3Sn) и сильнодеформированных высокопрочных нанокомпозитов Cu-Nb, а также их основных составляющих - ниобия (после интенсивной пластической деформации) и сплавов меди с Sn и Ga. В результате этих исследований выявлены основные особенности их структуры и возможности целенаправленного влияния на нее с помощью самых разнообразных факторов для оптимизации эксплуатационных характеристик этих важнейших функциональных материалов.

В работе получены следующие основные результаты.

1. Установлен механизм формирования диффузионных слоев соединений А3В (V3Ga и Nb3Sn) при твердофазном взаимодействии медных сплавов (с Ga или Sn) с V или Nb волокнами. Формирование слоя начинается с образования зародышей фазы А3В в волокнах, куда Ga или Sn диффундируют из бронзовой матрицы. Количество и размеры этих зародышей растут до тех пор, пока они не сливаются в единый конгломерат, в пределах которого происходит рекристаллизация с образованием сплошного слоя бездефектных зерен нанометрических размеров. На основании установленного механизма образования слоя предложен двухступенчатый диффузионный отжиг, состоящий из низкотемпературной стадии, на которой образуется большое количество зародышей фазы А3В, и высокотемпературной стадии, на которой образуются достаточно толстые слои этой фазы с сохранением в них нанокристаллической структуры, что необходимо для достижения высоких сверхпроводящих характеристик.

2. Установлено, что рост слоя Nb3Sn в композитах Nb/Cu-Sn контролируется диффузией Sn по границам зерен фазы Nb3Sn. Показано, что в процессе отжига легирующие добавки, введенные в бронзовую матрицу (Mg, Zn, Zr, Ti) переходят в растущий слой, диффундируя по его границам, и образуют частицы окислов и интерметаллидов. При этом увеличивается скорость роста слоя, поскольку зернограничная диффузия Sn ускоряется за счет очищения границ зерен от примесей, в частности, от кислорода. С другой стороны, очищение границ приводит к увеличению их подвижности, в результате чего возможно увеличение размеров зерен сверхпроводящей фазы, что нежелательно, поскольку уменьшается сила пиннинга, а значит, понижается критический ток проводника. Этот эффект обнаружен при введении Ti в Nb волокна в количестве больше 1,5 мас. %.

3. Установлено влияние геометрии композитов Nb/Cu-Sn (форма, размеры и количество Nb волокон, внешний диаметр и др.) и режимов диффузионного отжига на структуру сверхпроводящего слоя Nb3Sn, от которой зависят эксплуатационные характеристики многоволоконных проводников.

Показано, что применение спаренных Nb волокон и легирование оптимальным количеством Ti позволяет на 25-30% повысить критическую плотность тока проводника за счет усовершенствования структуры слоев Nb3Sn. Установлено, что в композитах с кольцевыми Nb волокнами применение двухступенчатого диффузионного отжига способствует стабилизации нанокристаллической структуры слоев Nb3Sn, а повышение температуры отжига до 6750С приводит к аномальному росту зерен сверхпроводящей фазы, уменьшению силы пиннинга и падению критического тока. Подбором оптимального режима отжига можно увеличить критический ток проводника на 20-25%.

4. Показано, что в проводниках, полученных методом внутреннего источника питания (ВИП), применение нескольких распределенных источников Sn вместо одного центрального способствует образованию более равномерных по толщине и структуре диффузионных слоев Nb3Sn, в результате чего получаются более высокие и стабильные сверхпроводящие характеристики таких композитов. Замена части стабилизирующей медной оболочки высокопрочным микрокомпозитом Cu-Nb приводит к заметному упрочнению ВИП-проводника, не оказывая отрицательного влияния на структуру сверхпроводящих слоев Nb3Sn.

5. Установлен механизм пластической деформации бронз в свободном состоянии и в условиях композита. Показано, что с повышением содержания элемента B (Sn или Ga) в бронзе дислокационный механизм деформации сменяется на двойникование, причем последнее особенно характерно в присутствии волокон Nb или V, а также при легировании, способствующем понижению энергии образования дефектов упаковки (ЭДУ). Смена механизма деформации обусловлена интенсификацией сдвиговых процессов, причем двойникование сопровождается образованием дефектов упаковки и выделением частиц хрупкой -фазы Cu3Sn или -фазы Cu3Ga, и именно эти процессы являются основной причиной пониженной пластичности бронзовых матриц композитов на основе соединений А3В.

Выявлены особенности структуры бронз, полученных плавкой дуплекс и Оспрей-методом.

6. Установлено, что в композитах Cu-Nb, полученных методами плавление деформация (in situ) и сборка-деформация, можно достигать высоких степеней истинной деформации (до е = 11) без разрушения, причем структура Nb волокон и матричных прослоек между ними измельчается до нанометрических размеров, и волокна приобретают ленточную форму. В композитах обоих типов в процессе деформации развивается острая аксиальная текстура 110Nb и 111Cu. Наряду с этим в Nb волокнах обнаружена ограниченная текстура с компонентами {111}110, {100}110 и {311}110, характерными для прокатанного ниобия, что обусловлено их ленточной формой. При введении промежуточных отжигов в процесс холодного волочения происходит коагуляция Nb волокон, которая начинается при отжиге 3000С, 1 ч, а при 6000С, 1ч уже явно выражена и вызывает разупрочнение.



7. Обнаружено, что при легировании медной матрицы in situ композитов цирконием в ней образуются мелкодисперсные (несколько нм) и крупные (порядка 1-2 мкм) частицы ZrO2. Мелкие частицы образуются в твердом состоянии и способствуют дисперсионному твердению, а крупные выделяются при кристаллизации жидкой фазы и оказывают модифицирующее влияние на структуру исходных слитков, но, в то же время, являются причиной уменьшения вязкости композитов, что выражается в более хрупком изломе при растяжении. При легировании Nb волокон титаном в композитах с непрерывными волокнами не происходит охрупчивания композита.

8. Установлена возможность наноструктурирования ниобия такими методами интенсивной пластической деформации (ИПД) как равноканальное угловое прессование и кручение под высоким давлением.

Показано, что получаемая структура термически нестабильна, и рост зерен начинается при более низких температурах, чем у обычного поликристаллического ниобия. Показано, что особенности диффузионных свойств границ зерен ниобия после КВД по сравнению с обычным поликристаллом обусловлены не малыми размерами зерен как таковыми, а высокой дефектностью границ.

В заключение автор выражает глубокую признательность своему научному консультанту – Евгению Павловичу Романову и постоянным соавторам С.В.

Сударевой и В.В. Попову. Автор также благодарит сотрудников ВНИИ Неорганических Материалов им. ак. Бочвара, разработчиков и создателей уникальных композиционных материалов, изучение которых легло в основу диссертационной работы: А.К. Шикова, Е.А. Дергунову, А.Е. Воробьеву, Н.Е.

Хлебову, В.И. Панцырного, С.В. Судьева.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

Монография Е.П. Романов, С.В. Сударева, Е.Н. Попова, Т.К. Криницина.

«Низкотемпературные и высокотемпературные сверхпроводники и композиты на их основе» // Екатеринбург: УрО РАН. 2009. 516 с.

Статьи, опубликованные в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:

1. Родионова Л.А., Попова Е.Н., Сударева С.В., Романов Е.П., Никулин А.Д., Шиков А.К., Дергунова Е.А. Электронно-микроскопическое исследование структуры бронзовой матрицы композита V/Cu-Ga с пониженной пластичностью // ФММ. 1991. № 3. С. 150-157.

2. Родионова Л.А., Попова Е.Н., Сударева С.В., Романов Е.П., Воробьева А.Е., Дергунова Е.А., Малафеева О.В., Никулин А.Д., Мареев К.А., Хлебова Н.Е., Шиков А.К. Электронно-микроскопическое исследование структуры композитов Nb/Cu-Sn с легированными титаном ниобиевыми жилами // ФММ. 1991. № 12. С. 100-110.

3. Криницина Т.П., Попова Е.Н., Сударева С.В., Романов Е.П., Никулин А.Д., Шиков А.К., Воробьева А.Е. Естественное и искусственное старение бронз, используемых в качестве матриц в композитах на основе Nb3Sn // ФММ.

1991. № 11. С. 90-98.

4. Родионова Л.А., Попова Е.Н., Сударева С.В., Воробьева А.Е., Дергунова Е.А., Шиков А.К. Структура и механические свойства легированной бронзовой матрицы сверхпроводящих композитов с Nb3Sn // ФММ. 1992. № 1. С. 93-99.

5. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Сударева С.В., Воробьева А.Е., Дергунова Е.А., Чукин А.М., Шиков А.К., Никулин А.Д., Романов Е.П. Распределение титана в структуре разных составляющих сверхпрово-дящих композитов на основе Nb3Sn // ФММ. 1993. Т. 75. № 2. С. 112-118.

6. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Сударева С.В., Николаева Н.В., Шиков А.К., Воробьева А.Е., Дергунова Е.А., Чукин А.М. Влияние легирования галлием на структуру и свойства сверхпроводящего композита с Nb3Sn // ФММ.

1993. Т. 75. № 2. С. 119-124.

7. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Сударева С.В., Романов Е.П., Хлебова Н.Е., Чукин А.М. Влияние разных способов деформации на структуру бронзовой матрицы композитов на основе Nb3Sn // ФММ. 1993. Т. 76. № 2. С. 144-152.

8. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Сударева С.В., Романов Е.П., Панцырный В.И., Потапенко И.И., Шиков А.К. Влияние легирования, режимов отжига и геометрии композитов с внутренним источником олова на структуру и свойства сверхпроводящего слоя // ФММ. 1994. Т. 77. № 4. С. 94-102.

9. Попова Е.Н., Сударева С.В., Романов Е.П., Родионова Л.А. Тонкая структура легированных многожильных композитов на основе соединений А3В и ее влияние на сверхпроводящие характеристики // ФММ. 1994. Т. 78. № 5. С.

73-84.

10. Попова Е.Н., Попов В.В., Романов Е.П., Родионова Л.А., Сударева С.В, Воробьева А.Е., Шиков А.К. Влияние легирования на кинетику формирования сверхпроводящих слоев и тонкую структуру композитов Nb/Cu-Sn // ФММ. 1996. Т. 81. № 6. С. 109-117.

11. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Попов В.В., Сударева С.В., Романов Е.П., Воробьева А.Е., Дергунова Е.А., Шиков А.К., Панцырный В.И.

Микроструктура и механизмы упрочнения композитов Cu-Nb // ФММ. 1997.

Т. 84. № 5. С. 114-130.

12. Popov V.V., Popova E.N., Rodionova S.V., Romanov E.P., Sudareva S.V.

Influence of doping elements on the reaction diffusion processes in Nb/Cu-Sn composites // Металлофизика и новейшие технологии. 1999. Т. 21. № 2. С.

84-88.

13. Попова Е.Н., Сударева С.В., Попов В.В., Родионова Л.А., Романов Е.П., Воробьева А.Е., Дергунова Е.А., О.В. Малафеева, Хлебова Н.Е., Шиков А.К.

Особенности пластической деформации композитов Cu/Nb, Cu/Nb(Ti) и Cu Sn/Nb(NbTi) // ФММ. 2000. Т. 90. № 2. С. 115-124.

14. Popova E.N., Popov V.V., Rodionova L.A., Romanov E.P., Sudareva S.V., Hlebova N.E., Pantsyrnyi V.I., Shikov A.K., Vorobyova A.E. Effect of annealing and doping with Zr on the structure and properties of in situ Cu-Nb composite wire // Scripta Materialia. 2002. V. 46. P. 193-198.

15. Попова Е.Н., Попов В.В., Романов Е.П., Родионова Л.А., Сударева С.В., Хлебова Н.Е., Панцырный В.И., Шиков А.К., Воробьева А.Е. Влияние легирования и режимов термомеханической обработки на структуру и свойства композитов Cu-Nb // ФММ. 2002. Т. 94. № 1. С. 80-89.

16. Попова Е.Н., Романов Е.П., Сударева С.В. Исследование сверхпроводящих композитов на основе соединений со структурой А15 и высокопрочных проводников Cu-Nb // ФММ. 2003. Т. 96. № 2. С. 31-44.

17. Popova E.N., Popov V.V., Romanov E.P., Hlebova N.E., Shikov A.K. Effect of deformation and annealing on texture parameters of composite Cu-Nb wire // Scripta Materialia. 2004. V. 51. P. 727-731.

18. Кайгородов В.Н., Попов В.В., Попова Е.Н., Романов Е.П., Т.Н. Павлов, С.А. Ефремова. Эмиссионная мессбауэровская спектроскопия границ зерен поликристаллического ниобия с использованием ядра 119mSn // ФММ, 2005.

T. 100. № 1. С. 29-38.

19. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Попов В.В., Романов Е.П., Сударева С.В., Дергунова Е.А., Воробьева А.Е., Малафеева О.В., Шиков А.К. Влияние геометрии композитов Nb/Cu-Sn и режимов диффузионного отжига на структуру нанокристаллического слоя Nb3Sn // Материаловедение. 2005. № 3. С. 14-18.

20. Попова Е.Н., Попов В.В., Родионова Л.А., Романов Е.П., Сударева С.В.

Хлебова Н.Е., Панцырный В.И., Воробьева А.Е., Шиков А.К. Особенности микроструктуры и механизмы упрочнения сильнодеформированных композитов Cu-Nb // Деформация и разрушение материалов. 2005. № 2. С.

31-35.

21. Попова Е.Н., Попов В.В., Романов Е.П., Пилюгин В.П. Термическая стабильность нанокристаллического ниобия, полученного интенсивной пластической деформацией // ФММ. 2006. Т. 101. № 1. С. 58-64.

22. Попов В.В., Кайгородов В.Н., Попова Е.Н., Столбовский А.В. Эмиссионная мессбауэровская спектроскопия границ зерен поли- и нанокристаллического ниобия // Изв. Российской Академии наук. Серия физическая. 2007. T. 71. C.

1280-1284.

23. Алексашин Б.А., Солонинин А.В., Королев А.В., Дякина В.П., Попова Е.Н., Романов Е.П., Сударева С.В. Изучение методами ЯМР и магнитной восприимчивости нанокристаллических сверхпроводящих слоев Nb3Sn в композитах Nb/Cu-Sn разной конструкции // ФММ. 2007. Т. 104. C. 63-71.

24. Попова Е.Н., Сударева С.В., Романов Е.П., Дергунова Е.А., Абдюханов И.М., Воробьева А.Е., Елохина Л.В. Влияние легирования на структуру бронзы с повышенным содержанием Sn // ФММ. 2007. Т. 103. С. 165-179.

25. Попова Е.Н., Попов В.В., Романов Е.П., Пилюгин В.П. Влияние степени деформации на структуру и термическую стабильность нанокристаллического ниобия, полученного сдвигом под давлением // ФММ. 2007. T. 103. C. 426-432.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

26. Popova E.N., Popov V.V., Romanov E.P., Rodionova S.V., Sudareva S.V.

Kinetics of superconducting layers formation and fine structure of Nb3Sn-based composites doped with Zn, Zr, Mg // Труды 5-й Европейской конференции «Advanced Materials and Processes and Applications - EUROMAT 97», Maastricht, Netherlands, April 1997. V. 3. P. 451-454.

27. Rodionova L.A., Popova E.N., Romanov E.P., Sudareva S.V., Pantsyrnyi V.I., Shikov A.K. Superconducting Nb3Sn-based internal-tin composites: design, heat treatment and doping. // Труды 5-й Европейской конференции «Advanced Materials and Processes and Applications - EUROMAT 97», Maastricht, Netherlands, April 1997. V. 3. P. 439-442.

28. Popova E.N., Popov V.V., Rodionova L.A., Sudareva S.V., Romanov E.P., Vorobyova A.E., Hlebova N.E., Pantsyrnyi V.I., Shikov A.K. Microstructure and texture of in situ heavily drawn Cu-Nb composites // Textures and Microstructures. 2000. V. 34. P. 263-277.

29. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Попов В.В., Сударева С.В., Романов Е.П.

Исследование ультрадисперсной структуры диффузионных слоев в сверхпроводящих композитах на основе Nb3Sn // Физикохимия ультрадисперсных систем. Сб. науч. трудов V Всероссийской конференции, Екатеринбург, 2001. Ч. II. С. 81-86.

30. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Попов В.В., Сударева С.В., Романов Е.П., Дергунова Е.А., Малафеева О.В., Судьев С.В., Воробьева А.Е. Структура ультрадисперсных слоев Nb3Sn в сверхпроводящих композитах, получен ных разными методами // Проблемы нанокристаллических материалов. Сб.

научных трудов, Екатеринбург, УрО РАН. 2002. С. 134-145.

31. Попов В.В., Попова Е.Н., Романов Е.П., Родионова Л.А., Сударева С.В., Хлебова Н.Е., Панцырный В.И., Воробьева А.Е., Шиков А.К. Влияние легирования на структуру высокопрочных Cu-Nb композитов с ультра дисперсными волокнами // Проблемы нанокристаллических материалов. Сб.

научных трудов, Екатеринбург, УрО РАН, 2002. С. 145-157.

32. Kaigorodov V.N., Popov V.V., Popova E.N., Pavlov T.N., Efremova S.A.

Mossbauer investigation of Sn diffusion and segregation in grain boundaries of polycrystalline Nb // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2005. V. 26. No 5.

P. 510-515.

33. Попова Е.Н., Родионова Л.А., Попов В.В., Сударева С.В., Романов Е.П. и др.

Формирование дислокационной и зеренной структуры ниобиевых волокон в многожильных композитах Nb/Cu-Sn // Нанотехнология и физика функциональных нанокристаллических материалов. [Cб. научн. трудов].

Екатеринбург: УрО РАН, 2005. Т. 1. С. 198- 210.

34. Попова Е.Н., Попов В.В., Романов Е.П., Пилюгин В.П., Тетерина Т.М.

Структура и термическая стабильность нанокристаллического ниобия после интенсивной пластической деформации. – Нанотехнология и физика функциональных нанокристаллических материалов. [Cб. научн. трудов].

Екатеринбург: УрО РАН, 2005. Т. 2. C. 66-76.

35. Popova E.N., Popov V.V., Romanov E.P., Hlebova N.E., Pantsirny V.I., Shikov A.K. Effect of deformation, annealing and doping with Zr on Nb filaments nanocrystalline structure in high-strength in situ Cu-Nb composites // Defect and Diffusion Forum. 2006. V. 258-260. P. 299-304.

36. Popov V.V., Kaigorodov V.N., Popova E.N., Stolbovsky A.V. NGR Investigation of Grain-Boundary Diffusion in Poly- and Nanocrystalline Nb // Defect and Diffusion Forum. 2007. V. 263. P. 69-74.

37. Popova E.N., Popov V.V., Romanov E.P., Sudareva S.V., Dergunova E.A., Vorobyova A.E., Balaev S.M., Shikov A.K. Effect of Doping, Composite Geo metry and Diffusion Annealing Schedules on the Structure of Nb3Sn Layers in Nb/Cu-Sn Wires // Defect & Diffusion Forum, 2008. V. 273-276. P. 514-519.

38. Popova E.N., Popov V.V., Romanov E.P., Sudareva S.V., Dergunova E.A., Vorobyova A.E., Shikov A.K., Balaev S.M. Ti redistribution in multifilamentary Nb/Cu-Sn Composites // Defect & Diffusion Forum. 2009. V. 283-286. P. 649 656.



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.