Effect of Zn addition and Ti doping position on the diffusion reaction of internal tin Nb3Sn conductors
Effect of Zn addition and Ti doping position on the diffusion reaction of internal tin Nb3Sn conductors
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Zn添加量和Ti掺杂位置对内锡Nb3Sn导体扩散反应的影响
DOI：
10.1088/1361-6668/ab4632
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发表时间：
2019
影响因子：
3.6
通讯作者：
Tachikawa Kyoji
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Banno Nobuya;Morita Taro;Yu Zhou;Yagai Tsuyoshi;Tachikawa Kyoji
在400 ℃的Cu-Zn/Sn互扩散反应过程中，Zn的加入导致在最外层的反应层上形成了一个固态的三元Cu-Zn-Sn相，即β-CuZn。黄铜矩阵的使用大大抑制了空隙的形成，并促进均匀的向外扩散锡预退火，铌3锡形成之前。在内部锡工艺中，Ti掺杂有三种途径，即向Sn芯、Nb丝和Cu基体掺杂。Ti掺杂到Sn芯导致在Nb细丝包的边界处形成富Ti层;然而，由于少量Ti掺杂到基质和Nb细丝，没有形成富Ti层。富Ti层的不存在被认为有助于平滑的Sn扩散和抑制空隙生长。原子探针断层扫描测量结果表明，Ti掺杂到Sn芯导致更不均匀的Ti分布在晶界附近和更大的变化的晶界厚度比掺杂到Nb细丝，这可能有助于更好的Sn晶界扩散。结果表明，Ti掺杂到基体中，而不是掺杂到Sn核中，可能更有效地保持Nb 3Sn的生长动力学。
Addition of Zn to a Cu matrix during Cu–Zn/Sn interdiffusion reactions at 400 C leads to the formation of a solid ternary Cu–Zn–Sn phase, β-CuZn, at the outermost reaction layer next to the porous ε phase. The use of a brass matrix considerably suppresses void formation and promotes homogeneous outward Sn diffusion in pre-annealing, prior to Nb 3 Sn formation. There are exactly three paths for Ti doping in the internal tin process, ie doping to Sn cores, Nb filaments, and Cu matrix. Ti doping to Sn cores causes a Ti-rich layer formation at the boundary of the Nb filament pack; however, no Ti-rich layers are formed as a result of small Ti doping to the matrix and to Nb filaments. The absence of Ti-rich layers is believed to contribute to a smooth Sn diffusion and suppression of void growth. Atom probe tomography measurements reveal that Ti doping to Sn cores leads to a more inhomogeneous Ti distribution near the grain boundary and a larger variation of the grain boundary thickness than doping to Nb filaments, which may contribute to a better Sn grain boundary diffusion. It is concluded that Ti doping to the matrix, instead of doping to Sn cores, might be more effective in maintaining better growth kinetics of Nb 3 Sn.
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