极低温环境下立方相和四方相Nb₃Sn超导晶体力学及力-电耦合行为分析

摘要

Nb₃Sn超导相转变中的力电耦合效应给超导磁体装备的电磁性能指标和安全运行带来不利影响。鉴于Nb₃Sn具有立方相和四方相两种相结构，建立了Nb₃Sn立方相、四方相和混合相晶体力学模型，以及考虑变形-临界温度退化和变形-正常态电阻率变化的力电耦合响应模型。研究结果表明，相结构会导致单晶体弹性力学性能有所区别，但静水压作用下不同相结构的Nb₃Sn多晶体，其局部应力状态与相结构无关，仅取决于晶粒形貌和取向。由于不同的相结构在外载下的费米面上电子态密度的演变规律基本一致，使得变形诱导的临界温度退化行为对相结构没有依赖性。对于混合相Nb₃Sn正常态电阻率变化而言，温度低于马氏体相变温度时，可以采用基于电子-电子散射假设得到的T²规律来描述；当温度高于马氏体相变温度时，由于四方相向立方相的转变，需要考虑电-声子耦合作用对正常态电阻率的贡献，可以采用拓展的Woodard-Cody电阻率模型来描述宏观电阻率的应变效应。研究结果提高了对不同相的临界性能退化机理的认识。

关键词

Nb₃Sn / 四方相 / 立方相 / 力-电耦合效应

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.11772212)