MgB2コア材料におけるマイクロクラックの防止は、線材ビレットの加工に機械的力ではなく高圧液体媒体を使用することによって達成されます。ラムで材料を押す代わりに、静水圧押出システムはビレットを流体で包み込み、均一でほぼ全方向性の静圧を印加します。この圧縮環境は、脆性二ホウ化マグネシウム（MgB2）コアを、破壊されるのではなく塑性変形するように強制し、それによって大きな応力下でも線材の内部構造を維持します。
コアの要点 高圧液体インターフェースを利用することにより、静水圧押出は、脆性超伝導材料が損傷なしに塑性加工（SPD）を受けることを可能にします。このプロセスは、一定で均一な圧縮を維持することによってクラックの伝播を抑制し、そうでなければ線材の内部構造を破壊するであろう高い加工低減率を可能にします。
均一圧力の物理学
高圧液体媒体の役割
標準的な押出では、力はしばしば方向性を持って印加され、脆性材料を容易に破壊するせん断応力を発生させます。静水圧システムは、液体媒体を使用して力を伝達します。
これにより、ビレットの全表面に同時に均一に応力が印加されることが保証されます。
ほぼ全方向性静圧の達成
液体媒体は「ほぼ全方向性」圧力の状態を作り出します。これは、ビレットがすべての側面から同じ強度で押し付けられていることを意味します。
この特定の応力状態は、MgB2の加工に不可欠です。これは、岩石が壊れるのではなく曲がる地質学的条件を模倣し、脆性超伝導コアが折れるのではなく流れることを可能にします。
材料の脆性の管理
塑性加工（SPD）の実現
MgB2の主な課題はその脆性です。通常の引張またはせん断応力下では、超伝導性を損なうマイクロクラックが発生します。
静水圧環境は、塑性加工（SPD）を可能にします。材料は非常に大きな圧縮力下にあるため、原子構造は空隙ではなくすべり面を形成し、凝集性を失うことなく材料を大幅に伸ばすことができます。
クラックの拡大の抑制
たとえマイクロ欠陥が存在しても、均一な圧力は封じ込め機構として機能します。内向きに作用する力は、クラックの開口を効果的に「修復」または抑制します。
このクラック拡大の抑制は、コアを損なうことなく線材をより小さな直径まで引き延ばすことを可能にします。
内部構造の維持
多線条構造の保護
超伝導線材は、しばしば複雑な多層複合材料です。これらの層の幾何学的形状を維持することは、材料自体を維持することと同じくらい重要です。
静水圧押出は、内部多層構造の構造的完全性を維持します。変形が均一であるため、層は比例してサイズが縮小し、コアがクラッドから歪んだり剥がれたりするのを防ぎます。
高い加工低減率の達成
液体媒体によって提供される安定性により、積極的な加工が可能になります。製造業者は、より少ないステップで「高い加工低減率」を達成できます。
この効率は、周囲の圧力によって内部MgB2線条の破壊のリスクが軽減される場合にのみ可能です。
重要なプロセス要件
均一性の必要性
この方法の成功は、圧力の均一性に完全に依存します。
液体媒体が全体の表面に均一に応力を印加できない場合、マイクロクラックに対する保護は失われます。欠陥を抑制するシステムの能力は、変形プロセス全体を通してこの全方向性静圧を維持することに直接関係しています。
目標に合わせた適切な選択
超伝導線材に対する静水圧押出の利点を最大化するために、主な製造目標を検討してください。
- 主な焦点が材料の完全性である場合：ほぼ全方向性の静圧に依存して、マイクロクラックを発生させることなく脆性MgB2コアを加工します。
- 主な焦点が加工効率である場合：システムの塑性加工（SPD）を処理する能力を活用して、単一パスで高い加工低減率を達成します。
静水圧押出は、流体力学を使用して潜在的な破壊を制御された塑性流に変えることによって、脆性超伝導体の加工を変革します。
概要表：
| 特徴 | 静水圧押出 | 標準押出 |
|---|---|---|
| 力の印加 | 均一、ほぼ全方向性の液体圧力 | 方向性機械ラム力 |
| 応力状態 | 高圧縮、低せん断 | 高せん断および引張応力 |
| 材料挙動 | 塑性加工（SPD） | 脆性破壊およびクラック |
| コアの完全性 | 多線条構造を維持 | 内部層の歪みのリスク |
| 加工低減率 | 少ないステップで高い効率 | 材料の脆性によって制限される |
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参考文献
- Krzysztof Filar, G. Gajda. Preparation Process of In Situ MgB2 Material with Ex Situ MgB2 Barrier to Obtain Long Sections of Superconducting Multicore Wires. DOI: 10.3390/ma18010126
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
