NB6962 Barre en alliage d'étain et de niobium

Description des barres d'alliage de niobium et d'étain

Les barres d'alliage de niobium et d'étain servent de précurseurs ductiles pour la fabrication de fils supraconducteurs Nb₃Sn de haute performance, tirant parti des propriétés exceptionnelles de la structure cristalline A15 tout en contournant la fragilité inhérente. Le composé intermétallique atteint une température critique de 18 K, dépassant largement les alliages NbTi, et maintient des densités de courant critiques supérieures à 2 000 A/mm² sous des champs de 12 Tesla à des températures opérationnelles de 4,2K. Cette performance est due à un fort épinglage du flux aux joints de grains, bien qu'elle exige un contrôle stœchiométrique précis près de Nb-25at%Sn.

Les limitations mécaniques posent des défis importants : la phase Nb₃Sn réagie présente une fragilité extrême avec des tensions de rupture inférieures à 0,2 %, exacerbées par le décalage d'expansion thermique (Δα ≈ 6×10-⁶/K) entre le noyau supraconducteur et la matrice de diffusion en bronze. Par conséquent, la forme du précurseur en barres permet un tréfilage et un enroulement essentiels avant le traitement thermique final à 650-700°C qui forme la phase supraconductrice.

Les caractéristiques électromagnétiques comprennent un champ critique supérieur proche de 30 T au zéro absolu, mais les performances sont très sensibles à la déformation - le courant critique se dégrade de 50 % à 0,3 % de déformation à la traction, ce qui nécessite des conceptions de pré-déformation par compression dans l'ingénierie des aimants. Le dopage au titane ou au gallium (3-7at%) améliore la résistance au brochage et aux radiations. Au cours de la diffusion réactive, le transport du Sn à partir de la matrice de bronze génère des grains de Nb₃Sn de 2-5μm, les gradients de composition Cu-Sn régissant la cinétique de croissance de la couche.

Ces propriétés permettent des applications de pointe, notamment les bobines de champ toroïdal de fusion ITER (13,5 T), l'amélioration du LHC à haute luminosité du CERN (dipôles de 11 T) et les spectromètres RMN de 23,5 T. Des recherches en cours ciblent des centres de pincement artificiels pour améliorer encore le Jc.

Applications des barres en alliage de niobium et d'étain

1. Réacteurs de fusion nucléaire

Bobines de champ toroïdal d'ITER (France) : 18 bobines de Nb₃Sn générant 13,5 Tesla pour le confinement du plasma (énergie stockée : 41 GJ).

SPARC (MIT/CFS) : Tokamak compact utilisant des aimants Nb₃Sn de 8,2 T pour la démonstration du gain net d'énergie (2025+).

2. Accélérateurs de particules

LHC High-Luminosity Upgrade (CERN) : dipôles de 11T Nb₃Sn remplaçant les aimants NbTi, augmentant les taux de collision de 10× (exploitation : 2029).

FCC-hh (Future Circular Collider) : aimants de 16T proposés pour une énergie de collision de 100 TeV.

3. Spectromètres RMN à champ élevé

RMN à 1,2 GHz (23,5 T) : Aimants hybrides Nb₃Sn/NbTi permettant l'analyse de la structure des protéines à la résolution atomique (par exemple, Bruker Ascend® Aeon).

4. Dispositifs de fusion compacts

Réacteur ARC (MIT) : Aimants démontables entièrement en Nb₃Sn permettant d'obtenir des champs de 9,2 T avec une capacité de maintenance rapide.

5. Imagerie médicale

IRM de nouvelle génération : Prototypes de scanners 7T pour le corps entier avec bobines en Nb₃Sn pour une meilleure résolution en neuro-imagerie.

6. Stockage d'énergie

SMES (stockage d'énergie magnétique supraconductrice) : Systèmes de 100 MJ en Nb₃Sn pour la stabilité du réseau (par exemple, projet Swiss-SMES).

Emballage des barres d'alliage de niobium et d'étain

Nos produits sont emballés dans des cartons personnalisés de différentes tailles en fonction des dimensions du matériau. Les petits articles sont solidement emballés dans des boîtes en PP, tandis que les articles plus volumineux sont placés dans des caisses en bois personnalisées. Nous veillons à respecter scrupuleusement la personnalisation de l'emballage et à utiliser des matériaux de rembourrage appropriés afin d'assurer une protection optimale pendant le transport.

Emballage : Carton, caisse en bois ou sur mesure.

Veuillez consulter les détails de l'emballage fournis à titre de référence.

Processus de fabrication

1.méthode d'essai

(1)Analyse de la composition chimique - vérifiée à l'aide de techniques telles que GDMS ou XRF pour garantir la conformité aux exigences de pureté.

(2)Essai des propriétés mécaniques - Comprend des essais de résistance à la traction, de limite d'élasticité et d'allongement pour évaluer les performances du matériau.

(3)Contrôle dimensionnel - Mesure de l'épaisseur, de la largeur et de la longueur pour s'assurer du respect des tolérances spécifiées.

(4)Contrôle de la qualité de la surface - recherche de défauts tels que des rayures, des fissures ou des inclusions par un examen visuel et ultrasonique.

(5)Essai de dureté - Détermination de la dureté du matériau pour confirmer l'uniformité et la fiabilité mécanique.

Veuillez vous référer aux procédures d'essai SAM pour des informations détaillées.

FAQ sur les barres d'alliage d'étain et de niobium

Q1. Pourquoi choisir Nb₃Sn plutôt que NbTi ?

La structure cristalline A15 permet d'obtenir des paramètres critiques plus élevés : Tc=18K (contre 9K pour le NbTi), Bc2(4.2K)>25T (contre la limite de 8T), ce qui permet de faire fonctionner l'aimant à des températures/champs plus élevés avec des coûts de refroidissement plus faibles.

Q2. Principaux défis en matière de fabrication ?

La phase Nb₃Sn réagie présente une fragilité inhérente (déformation à la rupture <0,2%), nécessitant des précurseurs Nb-Sn ductiles via le procédé du bronze/la méthode de l'étain interne, suivi d'un recuit de diffusion à 650-700°C.

Q3. Où le Nb₃Sn est-il indispensable ?

1. Fusion nucléaire (bobines toroïdales de 13,5 T d'ITER)

2. Accélérateurs à champ ultra-élevé (dipôles de 11T des améliorations du LHC)

3. les spectromètres RMN ≥1GHz(aimants hybrides de 23,5 T).

Informations connexes

1)Méthodes de préparation courantes

Les conducteurs en Nb₃Sn reposent sur la fabrication de précurseurs ductiles par le procédé du bronze (matrice Sn-Cu avec des tiges de Nb) ou la méthode de l'étain interne (noyaux de Sn dans des tubes de Nb), ce qui permet de les enrouler avant la réaction. La phase supraconductrice se forme par recuit de diffusion à l'état solide à 650-700°C pendant 50-200 heures, où le Sn imprègne le Nb pour créer des cristaux A15 cassants. Cette synthèse à haute température induit deux contraintes critiques : le décalage de dilatation thermique (Δα≈6×10-⁶K-¹ entre le Nb et le bronze), qui entraîne une déformation résiduelle, et la fragilité inhérente (déformation à la rupture <0,2 %), qui nécessite une manipulation spécialisée. L'usinage post-réaction nécessite un revêtement/stabilisateur en cuivre pour la protection contre la trempe et un enroulement de pré-compression (-0,6 % de déformation) pour compenser les contraintes de traction pendant le fonctionnement de l'aimant. L'optimisation des performances implique un dopage Ti/Ga (3-7 at%) pour améliorer le champ critique supérieur (Bc2>25T) et le contrôle de l'épinglage des joints de grains, permettant d'atteindre Jc>3 000 A/mm² à 15T. La mise à l'échelle industrielle est confrontée à des défis en matière d'homogénéité de la réaction (éviter les fuites de Sn) et de tolérance aux rayonnements pour les applications de fusion, ce qui oriente la recherche vers la fabrication additive de précurseurs et d'architectures hybrides avec REBCO.