地球上的能量,无论是以矿石燃料、风力、水力还是动植物的形式储存起来的,最终的来源都是太阳：而太阳的能量则是来源于核聚变,因此,人类如果掌握了有序地释放核聚变的能量的办法,就等于掌握了太阳的能量来源。目前,国际热核聚变实验堆计划(ITER)将采用全超导可控磁约束热核聚变能(托卡马克)发电技术使这一理想得以实现。Nb3Sn和NbTi超导材料已经应用于制备托卡马克磁体,而在未来的聚变示范堆乃至商用堆中,对超导磁体磁场强度、超导线圈应力应变容许特性有更高的要求。作为替代Nb3Sn和NbTi超导材料的下一代超导体材料Nb3A1,其实用化还有很多工作要做。与同为A15金属间化合物的Nb3Sn不同,Nb3Al不能采用Nb-Sn-Cu低温扩散热处理的方法得到。要获得高性能的Nb3A1超导线材必须在2000℃进行热处理,并且升温和保温时间要尽量短以防止晶粒长大。因此,以下两方面问题是目前制约Nb3A1超导体实用化的主要因素：一方面是Nb3A1前驱线的制备工艺,为使线材在快速升温淬火冷却(RHQ)工艺中完全反应,就需要控制线材和超导芯丝的尺寸,即使在低于2000℃的温度进行长时间的扩散热处理,也要使Nb-Al间的扩散距离小于1μm,这就增加了线材的加工难度；另一方面,如果Nb3Al线材的热处理过程要在2000℃时淬火,热处理设备结构复杂,淬火过程也可能使线材在热应力的作用下发生断裂,线材表面受淬火剂Ga污染后也增加了包覆Cu稳定层的难度,以上两方面都制约了Nb3Al超导长线的制备。本文首次系统的研究了由机械合金化方法制备的过饱和固溶体Nb(A1)ss向Nb3A1相转变的热动力学过程,优化了机械合金化制备Nb3A1超导体的工艺,并探索了利用机械合金化粉末作为原位粉末装管法(in-situ PIT)原料制备Nb3Al超导线材的可行性；另外,本文还首次详细的研究了Nb-A1扩散过程中的成相规律,研究了采用不同原材料,导体结构和加工工艺对套管(RIT)法制备的Nb3A1前驱体线材机械性能的影响,提出了改进制备工艺的措施,通过热处理得到了具备超导性能的Nb3A1超导线材。采用固相烧结和差示扫描量热法(DSC)等研究手段,对机械合金化制备的过饱和固溶体Nb(A1)ss向Nb3Al相转变的过程进行了热动力学研究,800℃的热处理温度即满足转变的热力学要求,当温度升高到1000℃时,Nb3Al相会分解为Nb2Al相；转变过程中较小的活化能且随反应进程减小的特点意味着发生转变反应的势垒较小,该反应较容易发生,Nb3A1晶体的形核和长大都很容易。通过对球磨时间、球磨过程中的球粉比、Nb-A1原料配比、以及热处理温度的优化,最终得到纯度很高但结构并不致密的Nb3Al超导体,其超导转变温度可以达到15.8 K,而热处理温度只需要800℃。基于上述的研究结果,本文分别以机械合金化粉末和直接混合的Nb-Al粉末为原料采用in-situ PIT法制备了Nb3Al超导线带材,对比了二者在性能和结构上的差异。实验以及分析结果显示,由于其高于Cu熔点的热处理温度以及反应后芯丝内留下的大量孔洞,直接混合的Nb-Al粉末不适于大规模应用于制备Nb3A1超导线带材；而采用机械合金化粉末制备的Nb3Al线材在4.2 K,6 T时Jc可以达到103A/cm2,与采用快速升温-淬火-转变(RHQT)方法热处理得到的in-situ PIT Nb3Al线材性能相近。如果能通过复合成多芯线的方式增加线带材中复合组元的变形量,使芯丝更致密,改善线带材中超导芯丝疏松多孔的结构,从而提高其载流性能,那么将机械合金化得到的固溶体粉末应用于in-situ PIT方法制备Nb3Al超导线将具有良好应用前景。另外,本文还探索了RIT法制备Nb3A1超导线材的工艺,首先通过对Nb-A1扩散演变过程的研究,得到了Nb-A1间的扩散成相规律以及影响扩散成相过程的因素；选用的Cu包套层的厚度,Nb基体和Al芯加工性能的差异都是制约制备长NbAl前驱线的因素,通过在Al芯中添加Mg元素改善了Nb-A1两种金属加工性能的差异；采用辊模拉伸+孔型轧制+复合组装+热挤压+拉伸的加工方式制备了156芯束状导体结构的Nb3Al前驱线,热挤压后线材具有很好加工性能,芯丝变形也很均匀。经过RHQT热处理后得到的156芯Nb3A1超导线,Nb3A1超导层非常致密,晶粒的连接性良好,超导转变温度可以达到17.3 K,与国外报导的线材相近,但该线材中仍有较大的孔洞。如果能攻克多次复合挤压工艺,使Nb3A1前驱线的芯丝尺寸降低到1～2μm或更低,采用RHQT热处理工艺,RIT法是可以制备高品质Nb3A1超导线材的。