防止 MgB2 芯材产生微裂纹的方法是，用高压液体介质取代机械力来加工线材坯料。静液挤压系统不是用柱塞推动材料，而是将坯料包裹在流体中，施加均匀、近乎全向的静压力。这种压缩环境迫使脆性的二硼化镁 (MgB2) 芯材发生塑性变形而不是断裂，从而在承受巨大应力时也能保持线材的内部结构。
核心要点 通过利用高压液体界面，静液挤压能够使脆性超导材料在不发生失效的情况下进行严重塑性变形 (SPD)。该工艺通过保持恒定、均匀的压缩来抑制裂纹扩展，从而实现通常会破坏线材内部结构的巨大变形比。
均匀压力的物理学原理
高压液体介质的作用
在标准挤压中，力通常是定向施加的，会产生容易导致脆性材料断裂的剪切应力。静液系统利用液体介质来传递力。
这确保了压力同时均匀地施加到坯料的整个表面上。
实现近乎全向的静压力
液体介质产生“近乎全向”的压力状态。这意味着坯料从四面八方受到相同强度的挤压。
这种特定的应力状态对于加工 MgB2 至关重要。它模拟了地质条件下岩石弯曲而非断裂的情况，使脆性超导体芯材能够流动而不是断裂。
处理材料的脆性
实现严重塑性变形 (SPD)
MgB2 的主要挑战在于其脆性。在正常拉伸或剪切下，会产生破坏超导性的微裂纹。
静液环境能够实现严重塑性变形 (SPD)。由于材料承受着巨大的压缩力，其原子结构会产生滑移面而不是空隙，从而使材料在不失去内聚力的情况下显著拉伸。
抑制裂纹扩展
即使存在微观缺陷，均匀压力也能起到约束作用。向内的力有效地“修复”或抑制了裂纹的张开。
这种对裂纹扩展的抑制使得线材能够被拉伸成更小的直径，而不会损害其芯材。
保持内部结构
保护多丝结构
超导线材通常是复杂的、多层的复合材料。保持这些层的几何形状与保持材料本身同等重要。
静液挤压能够保持内部多层结构的完整性。由于变形是均匀的，各层按比例缩小，从而防止芯材变形或与包覆层分离。
实现高变形比
液体介质提供的稳定性允许进行激进的加工。制造商可以在更少的步骤中实现“高变形比”。
之所以能够实现这种效率，仅仅是因为周围的压力减轻了内部 MgB2 丝材断裂的风险。
关键工艺要求
均匀性的必要性
该方法的成功完全取决于压力的均匀性。
如果液体介质未能将压力均匀地施加到整个表面，那么防止微裂纹的保护作用就会丧失。该系统抑制缺陷的能力直接与其在整个变形过程中保持这种全向静压力的能力相关。
为您的目标做出正确选择
为了最大化静液挤压在超导线材方面的优势，请考虑您的主要制造目标：
- 如果您的主要关注点是材料完整性：依靠近乎全向的静压力来加工脆性 MgB2 芯材，而不会产生微裂纹。
- 如果您的主要关注点是加工效率：利用该系统处理严重塑性变形的能力，在单次通过中实现高变形比。
静液挤压通过利用流体动力学将潜在的断裂转化为受控的塑性流动，从而改变了脆性超导体的加工方式。
总结表：
| 特征 | 静液挤压 | 标准挤压 |
|---|---|---|
| 力施加 | 均匀、近乎全向的液体压力 | 定向机械柱塞力 |
| 应力状态 | 高压缩，低剪切 | 高剪切和拉伸应力 |
| 材料行为 | 严重塑性变形 (SPD) | 脆性断裂和开裂 |
| 芯材完整性 | 保持多丝结构 | 内部层变形的风险 |
| 变形比 | 单次通过效率高 | 受材料脆性限制 |
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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
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
