4.2 Методические указания по выполнению работы

В данной лабораторной работе применяется оборудование в процессе эксплуатации которого используется высокое напряжение до 25 кВ, а также жидкий азот с температурой 77К, что обуславливает опасность поражения электрическим током, получения термического ожога или повреждения оборудования. Поэтому, при проведении лабораторной работы на сканирующем электронном микроскопе Hitachi S-2300 и микроанализаторе Oxford Instruments Link ISIS-300, запрещается выходить за пределы рабочей зоны и производить действия, не санкционированные преподавателем.

5. Форма рабочего журнала (отчета)

Работа оформляется на специальных бланках (Приложение 2), где необходимо сделать следующие записи:

- записать персональные данные студента (Ф.И.О. полностью, учебное заведение, группа, дата проведения работы),

- описать исследуемые образцы,

- записать величину диаметра волокна и межволоконного расстояния на различных типах сверхпроводников (усредненное значение),

- записать толщину диффузионного барьера на различных типах сверхпроводников (усредненное значение),

- записать размеры зон столбчатых и равноосных зёрен в слоях интерметаллида Nb₃Sn,

- записать результаты количественного МРС-анализа химического состава волокон и матрицы в сверхпроводниках различных типов,

- сделать выводы по исследованным образцам.

6.Контрольные вопросы

6.1 Входной контроль

1. Назвать структурные составляющие (волокна, матрица, диффузионный барьер, медная стабилизация) в сверхпроводниках различных конструкций.

2. Зачем применяется фрактографический анализ при исследовании структуры композиционных сверхпроводников на сканирующем электронном микроскопе.

3. Объяснить назначение и описать различные виды диффузионных барьеров в сверхпроводниках.

4. Рассказать о наиболее распространённых методах получения сверхпроводников на основе Nb₃Sn.

5. Объяснить назначение вставок из сплава NbTi и суть метода “искусственного” легирования титаном.Назвать основные стадии получения Nb₃Sn сверхпроводников методом внутреннего источника олова.

6. Преимущества и недостатки метода внутреннего источника олова.

6.2 Завершающий контроль

1. Для решения каких задач используют рентгеноспектральный микроанализатор?

2. Устройство сканирующего электронного микроскопа.

3. Области применения сканирующего электронного микроскопа.

4. Чем определяется увеличение в сканирующем электронном микроскопе?

5. Природа возникновения характеристического рентгеновского излучения.

6. Каковы размеры зонда? Из каких основных частей состоит микроанализатор?

7. Какие требования предъявляют к объекту исследования в сканирующей электронной микроскопии?

7. Список литературы

1. «Рентгенографический и электронно-оптический анализ», Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н., М.: МИСИС, 1994 год.

2. Вредные вещества в промышленности под редакцией Н.В. Лазарева, изд. «Химия», том 2, 1965 год.

3. Техника безопасности на предприятиях химической промышленности. И.И. Кац, Э.И. Корер, 1966 год.

4. «Металловедение и технология сверхпроводящих материалов», под редакцией С.Фонера, Б.Шварца., М.: Металлургия, 1987 год.

Работа №3

Изучение метода испытаний на острый изгиб единичных сверхпроводников на основе ниобий-титановых сплавов

1. Цель работы

Получение навыков проведения испытаний на острый изгиб единичных сверхпроводников на основе NbTi сплавов.

2. Теоретическое описание проблемы

При изготовлении сверхпроводящих магнитных систем во многих случаях требуются токонесущие элементы в виде кабелей, состоящих из единичных сверхпроводящих проводов (стрендов). Схематическое изображение различных токонесущих элементов представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. Схематическое изображение различных токонесущих элементов в виде: а- троса,б- плетёной ленты,в- шины

При изготовлении таких токонесущих элементов стренды претерпевают пластическую деформацию на изгиб. Поэтому в спецификациях на стренды вводятся требования, характеризующие способность этих единичных проводников выдерживать деформации, возникающие в процессе изготовления токонесущих элементов.

Кроме того, в ряде случаев при изготовлении магнитов, например для медицинских томографов, в которых токонесущим элементом является сам единичный проводник, для выявления скрытых дефектов в матрице или в волокнах конструкторы вводят в технические требования обязательное испытание проводника на острый изгиб.

Существует несколько методов, способных охарактеризовать прочностные и пластические свойства проволочных материалов. К ним относятся:

- испытания на растяжение,

- испытание на перегиб,

- испытание на скручивание,

- испытание на навивание,

- испытание на изгиб.

Ни одно из этих испытаний в полной мере не отражает деформационных процессов, происходящих в стрендах при изготовлении токонесущих элементов. Наиболее близко способность стрендов выдерживать эти деформации можно охарактеризовать последними двумя методами.

В мировой практике производства сверхпроводников применяют испытание стрендов на изгиб, причём в наиболее жёстком его варианте с изгибом на 180°, которое называют испытанием на острый изгиб.

Метод испытания на изгиб служит для определения способности металлических материалов выдерживать заданную пластическую деформацию при изгибе (ГОСТ 14019-2003).

Сущность метода испытания металлических материалов на изгиб заключается в пластической деформации образца круглого, квадратного, прямоугольного или многоугольного сечения путем изгиба без изменения направления действия силы до достижения заданного угла изгиба. Изгиб образцов проводят с применением оправки. При изгибе на 180° две боковые поверхности могут, в зависимости от требований стандарта на металлопродукцию, быть параллельными, находясь одна от другой на заданном расстоянии, или соприкасаться друг с другом (рис. 2). Для контроля расстояния между боковыми поверхностями применяют прокладку. Толщина прокладки должна быть равна диаметру оправки.

Диаметр оправки определяется нормативными документами на металлопродукцию. При отсутствии указаний в нормативных документах на металлопродукцию диаметр оправки должен быть равен двум толщинам (диаметрам) образца.

а	б

Рисунок 2. Изображение испытания на изгиб:

а- до достижения параллельности сторон образца, отстоящих друг от друга на заданном расстоянии при действии усилия,б- до соприкосновения сторон образца при действии усилия.

Согласно ГОСТ 14019 результаты испытания на изгиб оценивают в соответствии с нормативными документами на металлопродукцию. Если таких указаний нет, то отсутствие трещин, видимых невооружённым глазом, служит доказательством того, что образец выдержал испытание на изгиб.

В ОАО «ВНИИНМ» в виде отраслевой инструкции разработана методика выполнения испытаний образцов сверхпроводников на изгиб (ОИ 001.731-2011). Методика соответствует общим положениям и отдельным требованиям ГОСТ 14019 и устанавливает правила подготовки образцов, требования к приспособлениям и средствам испытаний, правила проведения испытаний и оформления результатов испытаний. Настоящая лабораторная работа проводится в соответствии с этой отраслевой методикой.

Испытания образцов сверхпроводников на изгиб проводят на специальном приспособлении (рис. 3), как с применением оправки, так и без неё.

Рисунок 3. Приспособление для испытаний проволочных образцов на изгиб:

1 - основание; 2 - прижим; 3 - откидной вал; 4 - гайка-барашек; 5 - рычаг.

Оценка состояния волокон и поверхности стренда после изгиба может проводиться как невооружённым глазом, так и с применением оптических приборов в зависимости от требований нормативно технической документации на сверхпроводник. В лабораторной работе в качестве примера для оценки состояния волокон и поверхности сверхпроводников на основе ниобий-титанового сплава в медной матрице предлагается использовать стереомикроскоп SteREO Discovery V8 производства фирмы Carl Zeiss.

Рисунок 4. Стереомикроскоп SteREODiscoveryV8

На рисунке 5 представлено изображение 43 206-волоконного стренда диаметром 0,8 мм на основе NbTi сплава после изгиба на пластину 1,5 мм, полученное с помощью стереомикроскопа SteREO Discovery V8.

а б

Рисунок 5. Вид стренда после испытания на острый изгиб:

а- вид изогнутого стренда,б- вид изогнутого стренда после удаления матрицы.