GB/T 22587-2017 基体与超导体体积比测量 铜-铌鈦(Cu Nb-Ti)复合超导线铜-超[体积]比的测量

根据GB/T 22587
2017《基体与超导体体积比测量 铜
铌钛(Cu/Nb
Ti)复合超导线铜
超[体积]比的测量》，铜
超[体积]比是指铜
铌钛复合超导线中，铜基体的体积与铌钛超导芯的体积之比，通常用符号\( R \)表示，计算公式为： \[ R = \frac{V_{\text{Cu}}}{V_{\text{sc}}} \] 其中，\( V_{\text{Cu}} \)为导线中铜基体的体积，\( V_{\text{sc}} \)为导线中铌钛超导芯的体积。
该比值是铜
铌钛复合超导线的关键性能参数之一，直接影响导线的超导稳定性、载流能力等特性。标准中规定了多种测量方法，包括质量分析法、电阻分析法、截面显微分析法等，可针对不同结构（单芯/多芯、圆形/非圆形截面）的导线选用合适方法进行测量。
GB/T 22587-2017 基体与超导体体积比测量 铜-铌鈦(Cu Nb-Ti)复合超导线铜-超[体积]比的测量标准

GB/T 22587
2017《基体与超导体体积比测量 铜
铌钛(Cu/Nb
Ti)复合超导线铜
超[体积]比的测量》标准核心内容整理
# 一、基本信息
发布与实施：2017年12月29日发布，2018年7月1日实施
归口单位：全国超导标准化技术委员会（SAC/TC265）
适用范围：适用于圆形、矩形等截面的单芯/多芯铜
铌钛复合超导线，规定了三种铜
超导体体积比（简称铜
超比）的测量方法。

# 二、术语定义 铜
超比：铜基体的体积与铌钛超导芯的体积之比，是铜
铌钛复合超导线的关键性能参数之一，直接影响超导导线的稳定性、载流能力等。

# 三、三种测量方法及原理
## 1. 重量法（仲裁方法）
原理：利用铜与铌钛合金的密度差异，通过测量试样总质量，选择性溶解其中一种组分（通常溶解铜基体）后测量剩余组分质量，结合两者的密度计算体积比。
关键步骤： 1. 制备清洁的试样，用万分之一精度天平测量总质量\(m_{total}\)； 2. 用特定浓度的硝酸溶液溶解铜基体（避免腐蚀铌钛），清洗干燥后测量剩余超导芯质量\(m_{sc}\)； 3. 参考密度：铜的密度取\(8.96\,\text{g/cm}^3\)，铌钛合金（Nb50wt%Ti）密度取\(6.5\,\text{g/cm}^3\)；
计算公式： \[ \frac{V_{Cu}}{V_{sc}} = \frac{(m_{total}
m_{sc}) \cdot \rho_{sc}}{m_{sc} \cdot \rho_{Cu}} \]
精度：相对误差不超过±1%。
## 2. 电阻法
原理：基于铜与铌钛在正常态（高于超导转变温度，如室温）下的电阻率差异，通过测量试样正常态总电阻、溶解超导芯后铜基体的电阻，结合电阻率与体积的关系推导体积比。
关键步骤： 1. 用四端法测量室温下试样的总电阻\(R_{total}\)； 2. 溶解超导芯后，测量铜基体的电阻\(R_{Cu}\)； 3. 参考电阻率：20℃时铜的电阻率为\(1.724×10^{
8}\,\Omega·m\)，铌钛合金电阻率约为\(70×10^{
8}\,\Omega·m\)，需根据实际温度校正；
计算公式： 利用并联电阻关系\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_{Cu}} + \frac{1}{R_{sc}}\)，推导得： \[ \frac{V_{Cu}}{V_{sc}} = \frac{\rho_{sc} \cdot R_{sc}}{\rho_{Cu} \cdot R_{Cu}} = \frac{\rho_{sc} \cdot R_{total}}{\rho_{Cu} \cdot (R_{Cu}
R_{total})} \]
精度：相对误差不超过±2%。
## 3. 显微镜法
原理：通过制备试样的横截面，利用光学显微镜或电子显微镜观测，测量铜基体与超导芯的截面积（因长度相同，截面积比等于体积比）。
关键步骤： 1. 制备试样横截面，经抛光、腐蚀处理，使铜与超导芯界面清晰； 2. 用显微镜采集图像，通过图像分析软件统计铜基体和超导芯的总面积； 3. 选取多个视场测量，取平均值保证代表性；
计算公式： \[ \frac{V_{Cu}}{V_{sc}} = \frac{S_{Cu}}{S_{sc}} \] （\(S_{Cu}\)为铜基体截面积，\(S_{sc}\)为超导芯截面积）
精度：相对误差不超过±2%。

# 四、试验报告要求 报告需包含以下内容： 1. 试样信息（规格、批号、生产厂家等）； 2. 测量方法选择； 3. 仪器设备参数（天平精度、电阻仪型号、显微镜倍率等）； 4. 原始测量数据及计算过程； 5. 铜
超比结果及误差范围； 6. 试验环境条件（温度、湿度等）。
GB/T 22587-2017 基体与超导体体积比测量 铜-铌鈦(Cu Nb-Ti)复合超导线铜-超[体积]比的测量流程

GB/T 22587
2017 铜
铌钛复合超导线铜
超体积比测量流程 本标准规定了铜
铌钛（Cu/Nb
Ti）复合超导线中铜基体与铌钛超导体体积比的两种测量方法：质量法（仲裁方法）和电阻率法，具体流程如下：

# 方法一：质量法（仲裁方法）
## 1. 原理 基于铜与铌钛超导体的密度差异，通过测量试样总质量及去除铜基体后剩余超导体芯的质量，结合两者已知密度计算体积比。
## 2. 试样制备
选取长度≥100mm的复合超导线试样，若表面有绝缘层，通过剥除、灼烧清洁等方式去除，确保试样表面无油污、氧化层等杂质。
用精度≥0.1mm的量具测量试样精确长度$L$；非圆形截面可测量截面关键尺寸辅助验证（质量法核心为质量测量，截面尺寸可选测）。
## 3. 测量总质量 使用精度≥0.1mg的分析天平，测量清洁后试样的总质量$m_{\text{total}}$，重复测量3次取平均值并记录。
## 4. 分离铜基体与超导体芯
配置腐蚀液：采用仅溶解铜、不腐蚀铌钛的溶液（如体积比1:1的硝酸水溶液，或标准规定的三氯化铁盐酸溶液）。
将试样完全浸入腐蚀液，室温下静置并轻微搅拌，直至铜基体完全溶解（无气泡产生、芯体无铜残留）。
取出铌钛超导体芯，依次用蒸馏水冲洗3次、无水乙醇脱水，置于干燥器干燥至恒重后冷却至室温。
## 5. 测量超导体芯质量 用同一分析天平测量干燥后超导体芯的质量$m_{\text{sc}}$，重复测量3次取平均值并记录。
## 6. 计算体积比 采用标准规定密度值：铜的密度$\rho_{\text{Cu}}=8.96\ \text{g/cm}^3$，铌钛合金密度$\rho_{\text{sc}}=6.50\ \text{g/cm}^3$（特殊成分试样需用实际测量密度）。
铜体积：$V_{\text{Cu}} = \frac{m_{\text{total}}
m_{\text{sc}}}{\rho_{\text{Cu}}}$
超导体体积：$V_{\text{sc}} = \frac{m_{\text{sc}}}{\rho_{\text{sc}}}$
铜
超体积比：$R = \frac{V_{\text{Cu}}}{V_{\text{sc}}}$

# 方法二：电阻率法
## 1. 原理 利用铜与铌钛超导体在正常态（高于临界温度）的电阻率差异，通过测量复合导线总电阻率，结合并联电阻模型计算体积比。
## 2. 试样制备
选取长度≥500mm的试样，去除表面绝缘层，清洁两端并制作低接触电阻电极（如镀锡、压接铜片）。
用精度≥0.1mm的量具测量两电流电极间的试样长度$L$；用精度≥0.01mm的量具测量试样直径/截面尺寸，计算横截面积$A$。
## 3. 环境控制 将试样置于$20\pm2^\circ\text{C}$的恒温环境中，待温度稳定后测量。
## 4. 测量总电阻率 采用四端法测量试样总电阻$R_{\text{total}}$（消除接触电阻影响），重复测量3次取平均值。 总电阻率计算：$\rho_{\text{total}} = \frac{R_{\text{total}} \times A}{L}$
## 5. 电阻率参数
20℃纯铜电阻率：$\rho_{\text{Cu}}=1.724\times10^{
8}\ \Omega\cdot\text{m}$
铌钛正常态电阻率：采用标准参考值（如$70\times10^{
8}\ \Omega\cdot\text{m}$，特殊成分试样用实际测量值）
## 6. 计算体积比 基于并联电导模型推导公式： $$R = \frac{\rho_{\text{sc}}(\rho_{\text{total}}
\rho_{\text{Cu}})}{\rho_{\text{Cu}}(\rho_{\text{sc}}
\rho_{\text{total}})}$$ 其中$R$为铜
超体积比。

# 通用注意事项 1. 试样需无缺陷（断芯、局部变形），具有代表性。 2. 质量法需确保铜完全溶解且铌钛芯无腐蚀，若芯体质量损失超标需重新制样。 3. 电阻率法需保证电极接触良好，温度稳定，避免电磁干扰。 4. 所有测量重复多次取平均值，减小误差。