一種多芯MgB₂超導(dǎo)線材的制備方法

專利名稱：一種多芯MgB₂超導(dǎo)線材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多芯1%4超導(dǎo)線材的制備方法。
背景技術(shù)：
1%4超導(dǎo)體自2001年發(fā)現(xiàn)以來，由于其臨界溫度為39K，具有相干長度大、不存在晶界弱連接等優(yōu)點，倍受國內(nèi)外科學(xué)家的關(guān)注，在經(jīng)過了十年的大量、系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上， 發(fā)現(xiàn)元素摻雜是提高MgB2線材高場載流能力的有效手段，而TiC摻雜是目前公認的最有效的摻雜物之一。Mg 線材制備尤其是滿足實用化要求的線材制備一直是研究的重點，目前， 國際上多個廠家(如美國Hype Tech公司，意大利Columbus公司等)已經(jīng)具備批量化提供接近實用化的千米級芯線材。美國Hype Tech公司所采用的是連續(xù)管線成型(CTFF Continuous Tube Forming Filling)工藝，該工藝需要復(fù)雜且昂貴的設(shè)備作為基礎(chǔ)，國內(nèi)外只有少數(shù)幾家科研機構(gòu)采用該工藝。意大利Columbus公司采用的是傳統(tǒng)的粉末套管法 (PIT)工藝，該工藝簡單，易操作，是目前制備MgB2線材采用最多的工藝。CTFF技術(shù)制備MgB2超導(dǎo)線材，是直接將MgB2粉末置于金屬帶上，通過連續(xù)包覆焊管的方法制備成線材，然后在氬氣保護下進行熱處理。該技術(shù)流程曾用于Bi系高溫超導(dǎo)帶材，技術(shù)也相對成熟，但是存在加工設(shè)備較為復(fù)雜、成本高等缺點，目前僅有少數(shù)研究單位采用該工藝制備MgB2線帶材。粉末套管法(PIT)是制備Mg 線材的主要技術(shù)之一，PIT技術(shù)加工Mg 線材主要有兩種技術(shù)路線，即先位法(ex-situ)和原位法(in-situ)。Ex-situ PIT技術(shù)采用反應(yīng)成相后的MgB2作為先驅(qū)粉末直接裝入金屬管中，通過旋鍛、拉拔和軋制工藝制備成一定尺寸的線材。該技術(shù)的特點是工藝簡單，非常適合批量化生產(chǎn)。但是由于MgB2 材料具有類似陶瓷的脆性，ex-situ PIT制備過程中需要使用高強度的狗基包套材料，對 MgB2芯絲施加足夠的應(yīng)力約束以增強晶粒連接。同時，冷加工過程中會導(dǎo)致線材中的MgB2 芯絲形成裂紋等宏觀缺陷，導(dǎo)致線材性能急劇降低。In-situ PIT技術(shù)采用Mg粉和B粉按MgB2的原子數(shù)比裝入金屬管中，通過拉拔、 軋制工藝制備成一定尺寸的線材，再進行熱處理，最終在線材中生成相。h-situ PIT 技術(shù)的優(yōu)點是在熱處理過程中Mg熔化后與B反應(yīng)成相，從而可以彌合加工過程中所形成的微裂紋，最終線材中的MgB2超導(dǎo)相晶粒連接較好。但是由于很多包套材料包括常用的Nb、 Fe等，在熱處理溫度較高時(大于750度)，包套材料將同Mg或B發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一定厚度的擴散層，該擴散層的存在將對線材臨界電流密度起到抑制作用，并且由于熱處理溫度較低TiC摻雜物中的碳原子很難取代硼位原子，而TiC摻雜物只能作為二相粒子存在于晶界處，很難明顯提高線材在高場下的臨界電流密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合制備多芯Mg^超導(dǎo)線材的方法。采用本發(fā)明的方法制備的線材具有較高的機械強度，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種多芯1%4超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將鎂粉、無定形硼粉和鈉米TiC粉末按照Mg B TiC = 1 (2-χ) χ 的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；所述X的取值為0. 02 0. 10 ；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入酸洗處理后的Ta管中，然后將裝有前驅(qū)粉末的Ta管裝入酸洗處理后的無氧銅管中，制得裝管復(fù)合體；步驟三、對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的單芯線材，對單芯線材依次進行定尺、截斷和酸洗；所述孔型軋制的道次加工率為10% 20% ；步驟四、將NbTi/Cu復(fù)合棒與6根或12根步驟三中酸洗后的單芯線材置于酸洗處理后的無氧銅管中進行二次組裝得到二次復(fù)合棒；所述NbTi/Cu復(fù)合棒由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，所述無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為1 0.8 1.2，所述無氧銅的剩余電阻率不小于80，所述鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為45% 55%，余量為鈦；所述二次組裝過程中酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒置于酸洗處理后的無氧銅管中心，酸洗后的單芯線材沿圓周方向圍繞酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入酸洗處理后的無氧銅管中；當(dāng)所述單芯線材的數(shù)量為6根時，所述NbTi/Cu復(fù)合棒的尺寸與單芯線材的尺寸相同；當(dāng)所述單芯線材的數(shù)量為12根時，所述NbTi/Cu復(fù)合棒的直徑為單芯線材直徑的3倍；步驟五、以10% 20%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行3 5道次的旋鍛和拉拔加工，然后以10% 15%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行10 15道次的孔型軋制，最后以10% 15%的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為0. 8mm 1. 5mm的多芯線材；步驟六、將步驟五中所述多芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到多芯皿8化超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以300mL/min 500mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入Ih 2h后，以10°C /min 20°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至 650°C 850°C后保溫0. 5h 3h，然后以10°C /min 20°C /min的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫。上述步驟一中所述鎂粉的質(zhì)量純度為99. 8%，鎂粉的粒度為-200目，所述無定形硼粉的質(zhì)量純度為99. 999%，所述納米TiC粉末的質(zhì)量純度為99%。上述步驟二中所述Ta管的外徑為IOmm 12mm，壁厚為1. Omm 1.5mm，Ta管中 Ta的質(zhì)量含量不小于99. 9%。上述步驟二中所述無氧銅管的外徑為12. 5mm 15. 5mm，壁厚為1. Omm 1. 5mm, 所述無氧銅管的剩余電阻率不小于80。上述步驟三中所述單芯線材的直徑為3mm 8mm，當(dāng)單芯線材直徑為3mm 5mm 時，采用12根單芯線材進行二次組裝，當(dāng)單芯線材直徑為5mm 8mm時，采用6根單芯線材
進行二次組裝。上述步驟三中所述單芯線材的酸洗過程為將單芯線材兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為10% 15%的硝酸中浸泡5min 8min，然后用水沖去單芯線材表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在50°C 60°C條件下烘干。上述步驟四中所述無氧銅管的剩余電阻率不小于80，無氧銅管的外徑為19mm 31mm,壁厚為 1. 5mm 3mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合的技術(shù)，不但可以提高銅/鈮和鈮/MgB2 之間的復(fù)合程度，增加芯絲變形的均勻性，而且可以提高多芯線材的致密度，改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材。2、超導(dǎo)線材在加工過程中由于線材外部受力較大，導(dǎo)致缺陷向中心發(fā)展，本發(fā)明制備的超導(dǎo)線材中心采用強度較高的NbTi/Cu復(fù)合棒，一定程度上限制了缺陷的發(fā)展，提高了多芯線材的致密度，有效強化了 MgB2晶粒的連接性，同時NbTi是一種低溫超導(dǎo)體，在小于9. 8K的溫度下可以提供一定的載流能力，更有利于提高線材在低溫、中低場下的臨界電流密度。3、本發(fā)明的熱處理在650°C 850°C范圍內(nèi)進行，Mg-B反應(yīng)過程中的液相可以很好的彌合加工過程中形成的微裂紋，同時金屬Ta對MgB2材料具有較好的化學(xué)惰性，避免了 Ta/MgB2界面之間的擴散行為，而無氧銅具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，可以對超導(dǎo)線材起到分流、散熱的穩(wěn)定化作用。4、采用本發(fā)明的方法制備的線材具有較高的機械強度，常溫下屈服強度達到 129MPa以上，抗拉強度達到258MPa以上，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求，滿足了磁體制備的要求。下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明實施例1、實施例2和實施例3 二次組裝得到的二次復(fù)合棒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例4、實施例5和實施例6 二次組裝得到的二次復(fù)合棒的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1-單芯線材；2-NbTi/Cu復(fù)合棒；3_無氧銅管。
具體實施例方式實施例17芯MgB2超導(dǎo)線材的制備步驟一、將鎂粉(粒度為-200目，質(zhì)量純度為99. 8% )、無定形硼粉(質(zhì)量純度為 99.999% )和鈉米TiC粉末(質(zhì)量純度為99% )按照Mg B TiC = 1 1. 98 0. 02 的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入常規(guī)方法酸洗處理后的Ta管(外徑為 IOmm,壁厚為1. 0mm, Ta的質(zhì)量含量不小于99. 9 % )中，然后將裝有前驅(qū)粉末的Ta管裝入常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管(外徑為12. 5mm，壁厚為1. 0mm，剩余電阻率不小于80)中，制得裝管復(fù)合體；步驟三、以10%的道次加工率對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的直徑為5mm的單芯線材1，按照1. Om的長度對單芯線材1進行定尺、截斷，然后將截斷后的單芯線材1兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為10%的硝酸中浸泡8min，然后用水沖去單芯線材1表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在50°C條件下烘干；步驟四、將直徑為5mm的常規(guī)方法酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒2 (由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，其中無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為1 0.8，無氧銅的剩余電阻率不小于80，鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為45%，余量為鈦)置于常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管3 (剩余電阻率不小于80，外徑為19mm，壁厚為1. 5mm)中，將6根步驟三中酸洗后的單芯線材1沿圓周方向圍繞NbTi/Cu復(fù)合棒2排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入無氧銅管3中，得到二次復(fù)合棒(如圖1所示)；步驟五、以20%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行3道次的旋鍛和拉拔加工，然后以10%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行15道次的孔型軋制，最后以10 %的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為0. 8mm的7芯線材；步驟六、將步驟五中所述7芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到7芯皿8化超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以300mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入濁后，以10°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至650°C后保溫汕，然后以10°C /min的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫。本實施例采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合的技術(shù)，不但可以提高銅/鈮和鈮/MgB2 之間的復(fù)合程度，增加芯絲變形的均勻性，而且可以提高多芯線材的致密度，改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材，制備的線材具有較高的機械強度， 常溫下屈服強度達到148MPa，抗拉強度達到^2MPa，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求，滿足了磁體制備的要求。實施例27芯MgB2超導(dǎo)線材的制備步驟一、將鎂粉(粒度為-200目，質(zhì)量純度為99. 8% )、無定形硼粉(質(zhì)量純度為 99.999% )和鈉米TiC粉末(質(zhì)量純度為99% )按照Mg B TiC = 1 1. 9 0. 1的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入常規(guī)方法酸洗處理后的Ta管(外徑為 12mm,壁厚為1. 5mm, Ta的質(zhì)量含量不小于99. 9 % )中，然后將裝有前驅(qū)粉末的Ta管裝入常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管(外徑為15. 5mm，壁厚為1. 5mm，剩余電阻率不小于80)中， 制得裝管復(fù)合體；步驟三、以20%的道次加工率對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的直徑為8mm的單芯線材1，按照1. 5m的長度對單芯線材1進行定尺、截斷，然后將截斷后的單芯線材1兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為15%的硝酸中浸泡5min，然后用水沖去單芯線材1表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在60°C條件下烘干；步驟四、將直徑為8mm的常規(guī)方法酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒2 (由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，其中無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為1 1.2，無氧銅的剩余電阻率不小于80，鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為55%，余量為鈦)置于常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管3 (剩余電阻率不小于80，外徑為31mm，壁厚為3mm)中，將6根步驟三中酸洗后的單芯線材1沿圓周方向圍繞NbTi/Cu復(fù)合棒2排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入無氧銅管3中，得到二次復(fù)合棒(如圖1所示)；步驟五、以10%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行5道次的旋鍛和拉拔加工，然后以15%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行10道次的孔型軋制，最后以15 %的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為1. 5mm的7芯線材；步驟六、將步驟五中所述7芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到7芯皿8化超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以500mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入Ih后，以20°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至850°C后保溫0. 5h，然后以15°C /min的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫。本實施例采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合的技術(shù)，不但可以提高銅/鈮和鈮/MgB2 之間的復(fù)合程度，增加芯絲變形的均勻性，而且可以提高多芯線材的致密度，改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材，制備的線材具有較高的機械強度， 常溫下屈服強度達到U9MPa，抗拉強度達到258MPa，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求，滿足了磁體制備的要求。實施例37芯MgB2超導(dǎo)線材的制備步驟一、將鎂粉(粒度為-200目，質(zhì)量純度為99. 8% )、無定形硼粉(質(zhì)量純度為 99.999% )和鈉米TiC粉末(質(zhì)量純度為99% )按照Mg B TiC = 1 1. 95 0. 05 的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入常規(guī)方法酸洗處理后的Ta管(外徑為 11mm，壁厚為1.2mm，Ta的質(zhì)量含量不小于99. 9 % )中，然后將裝有前驅(qū)粉末的Ta管裝入常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管(外徑為14mm，壁厚為1.2mm，剩余電阻率不小于80)中， 制得裝管復(fù)合體；步驟三、以15%的道次加工率對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的直徑為6mm的單芯線材1，按照1. Om的長度對單芯線材1進行定尺、截斷，然后將截斷后的單芯線材1兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為12%的硝酸中浸泡6min，然后用水沖去單芯線材1表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在55°C條件下烘干；步驟四、將直徑為6mm的常規(guī)方法酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒2 (由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，其中無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為1 1，無氧銅的剩余電阻率不小于80，鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為50%，余量為鈦)置于常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管3 (剩余電阻率不小于80，外徑為22mm，壁厚為1. 5mm)中，將6根步驟三中酸洗后的單芯線材1沿圓周方向圍繞NbTi/Cu復(fù)合棒2排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入無氧銅管3中，得到二次復(fù)合棒(如圖1所示)；步驟五、以15%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行4道次的旋鍛和拉拔加工，然后以12%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行12道次的孔型軋制，最后以13 %的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為Imm的7芯線材；步驟六、將步驟五中所述7芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到7芯皿8化超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以400mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入1. 5h后，以15°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至750°C后保溫2h，然后以20°C /min的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫。本實施例采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合的技術(shù)，不但可以提高銅/鈮和鈮/MgB2 之間的復(fù)合程度，增加芯絲變形的均勻性，而且可以提高多芯線材的致密度，改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材，制備的線材具有較高的機械強度， 常溫下屈服強度達到143MPa，抗拉強度達到274MPa，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求，滿足了磁體制備的要求。實施例413芯MgB2超導(dǎo)線材的制備步驟一、將鎂粉(粒度為-200目，質(zhì)量純度為99. 8% )、無定形硼粉(質(zhì)量純度為 99.999% )和鈉米TiC粉末(質(zhì)量純度為99% )按照Mg B TiC = 1 1. 9 0. 1的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入常規(guī)方法酸洗處理后的Ta管(外徑為 12mm,壁厚為1. 5mm, Ta的質(zhì)量含量不小于99. 9 % )中，然后將裝有前驅(qū)粉末的Ta管裝入常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管(外徑為15. 5mm，壁厚為1. 5mm，剩余電阻率不小于80)中， 制得裝管復(fù)合體；步驟三、以20%的道次加工率對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的直徑為3mm的單芯線材1，按照1. 5m的長度對單芯線材1進行定尺、截斷，然后將截斷后的單芯線材1兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為15%的硝酸中浸泡5min，然后用水沖去單芯線材1表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在60°C條件下烘干；步驟四、將直徑為9mm的常規(guī)方法酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒2 (由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，其中無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為1 1.2，無氧銅的剩余電阻率不小于80，鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為55%，余量為鈦)置于常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管3 (剩余電阻率不小于80，外徑為19mm，壁厚為1.5mm)中，將12 根步驟三中酸洗后的單芯線材1沿圓周方向圍繞NbTi/Cu復(fù)合棒2排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入無氧銅管3中，得到二次復(fù)合棒(如圖2所示)；步驟五、以15%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行5道次的旋鍛和拉拔加工，然后以15%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行10道次的孔型軋制，最后以15 %的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為0. 8mm的13芯線材；步驟六、將步驟五中所述13芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到13 芯皿8氏超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以500mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入Ih后，以20°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至850°C后保溫0. 5h，然后以20°C /min 的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫。本實施例采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合的技術(shù)，不但可以提高銅/鈮和鈮/MgB2 之間的復(fù)合程度，增加芯絲變形的均勻性，而且可以提高多芯線材的致密度，改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材，制備的線材具有較高的機械強度， 常溫下屈服強度達到132MPa，抗拉強度達到258MPa，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求，滿足了磁體制備的要求。實施例513芯MgB2超導(dǎo)線材的制備步驟一、將鎂粉(粒度為-200目，質(zhì)量純度為99. 8% )、無定形硼粉(質(zhì)量純度為 99.999% )和鈉米TiC粉末(質(zhì)量純度為99% )按照Mg B TiC = 1 1. 95 0. 05 的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入常規(guī)方法酸洗處理后的Ta管(外徑為 11mm，壁厚為1.2mm，Ta的質(zhì)量含量不小于99. 9 % )中，然后將裝有前驅(qū)粉末的Ta管裝入常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管(外徑為14mm，壁厚為1.2mm，剩余電阻率不小于80)中， 制得裝管復(fù)合體；步驟三、以10%的道次加工率對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的直徑為4mm的單芯線材1，按照1. 2m的長度對單芯線材1進行定尺、截斷，然后將截斷后的單芯線材1兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為12%的硝酸中浸泡6min，然后用水沖去單芯線材1表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在55°C條件下烘干；步驟四、將直徑為12mm的常規(guī)方法酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒2 (由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，其中無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為1 1，無氧銅的剩余電阻率不小于80，鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為47%，余量為鈦)置于常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管3(剩余電阻率不小于80，外徑為25mm，壁厚為2mm)中，將12根步驟三中酸洗后的單芯線材1沿圓周方向圍繞NbTi/Cu復(fù)合棒2排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入無氧銅管3中，得到二次復(fù)合棒(如圖2所示)；步驟五、以20%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行4道次的旋鍛和拉拔加工，然后以10%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行15道次的孔型軋制，最后以10 %的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為1. 2mm的13芯線材；步驟六、將步驟五中所述13芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到13 芯皿8氏超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以400mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入1. 5h后，以15°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至750°C后保溫1. 5h，然后以15°C / min的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫。本實施例采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合的技術(shù)，不但可以提高銅/鈮和鈮/MgB2 之間的復(fù)合程度，增加芯絲變形的均勻性，而且可以提高多芯線材的致密度，改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材，制備的線材具有較高的機械強度， 常溫下屈服強度達到142MPa，抗拉強度達到271MPa，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求，滿足了磁體制備的要求。實施例613芯MgB2超導(dǎo)線材的制備步驟一、將鎂粉(粒度為-200目，質(zhì)量純度為99. 8% )、無定形硼粉(質(zhì)量純度為 99.999% )和鈉米TiC粉末(質(zhì)量純度為99% )按照Mg B TiC = 1 1. 98 0. 02的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入常規(guī)方法酸洗處理后的Ta管(外徑為 10mm，壁厚為1.0mm，Ta的質(zhì)量含量不小于99. 9 % )中，然后將裝有前驅(qū)粉末的Ta管裝入常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管(外徑為12. 5mm，壁厚為1mm，剩余電阻率不小于80)中， 制得裝管復(fù)合體；步驟三、以15%的道次加工率對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的直徑為5mm的單芯線材1，按照1. 2m的長度對單芯線材1進行定尺、截斷，然后將截斷后的單芯線材1兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為10%的硝酸中浸泡8min，然后用水沖去單芯線材1表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在50°C條件下烘干；步驟四、將直徑為15mm的常規(guī)方法酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒2 (由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，其中無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為1 0.8，無氧銅的剩余電阻率不小于80，鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為45%，余量為鈦)置于常規(guī)方法酸洗處理后的無氧銅管3 (剩余電阻率不小于80，外徑為31mm，壁厚為3mm)中，將12 根步驟三中酸洗后的單芯線材1沿圓周方向圍繞NbTi/Cu復(fù)合棒2排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入無氧銅管3中，得到二次復(fù)合棒(如圖2所示)；步驟五、以10%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行3道次的旋鍛和拉拔加工，然后以14%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行14道次的孔型軋制，最后以14%的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為1. 5mm的13芯線材；步驟六、將步驟五中所述13芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到13 芯皿8氏超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以300mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入濁后，以10°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至650°C后保溫汕，然后以10°C /min的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室溫。本實施例采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合的技術(shù)，不但可以提高銅/鈮和鈮/MgB2 之間的復(fù)合程度，增加芯絲變形的均勻性，而且可以提高多芯線材的致密度，改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材，制備的線材具有較高的機械強度， 常溫下屈服強度達到139MPa，抗拉強度達到^58MPa，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求，滿足了磁體制備的要求。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多芯Mg 超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將鎂粉、無定形硼粉和鈉米TiC粉末按照Mg B TiC = 1 (2-x) χ的原子比進行混合，然后將混合物在氬氣保護下研磨混合均勻，得到前驅(qū)粉末；所述χ的取值為 0. 02 0. 10 ；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)粉末裝入酸洗處理后的Ta管中，然后將裝有前驅(qū)粉末的 Ta管裝入酸洗處理后的無氧銅管中，制得裝管復(fù)合體；步驟三、對步驟二中所述裝管復(fù)合體進行孔型軋制，得到具有圓形截面的單芯線材(1)，對單芯線材(1)依次進行定尺、截斷和酸洗；所述孔型軋制的道次加工率為10% 20% ；步驟四、將NbTi/Cu復(fù)合棒(2)與6根或12根步驟三中酸洗后的單芯線材(1)置于酸洗處理后的無氧銅管(3)中進行二次組裝得到二次復(fù)合棒；所述NbTi/Cu復(fù)合棒O)由作為外層材料的無氧銅和作為內(nèi)層材料的鈮鈦合金組成，所述無氧銅和鈮鈦合金的質(zhì)量比為 1 0.8 1.2，所述無氧銅的剩余電阻率不小于80，所述鈮鈦合金中鈮的質(zhì)量百分含量為 45% 55%，余量為鈦；所述二次組裝過程中酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒( 置于酸洗處理后的無氧銅管(3)中心，酸洗后的單芯線材(1)沿圓周方向圍繞酸洗后的NbTi/Cu復(fù)合棒(2)排列成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)裝入酸洗處理后的無氧銅管(3)中；當(dāng)所述單芯線材(1)的數(shù)量為 6根時，所述NbTi/Cu復(fù)合棒⑵的尺寸與單芯線材⑴的尺寸相同；當(dāng)所述單芯線材(1) 的數(shù)量為12根時，所述NbTi/Cu復(fù)合棒O)的直徑為單芯線材(1)直徑的3倍；步驟五、以10% 20%的道次加工率對步驟四中所述二次復(fù)合棒進行3 5道次的旋鍛和拉拔加工，然后以10% 15%的道次加工率對經(jīng)旋鍛和拉拔加工后的二次復(fù)合棒進行10 15道次的孔型軋制，最后以10% 15%的道次加工率對經(jīng)孔型軋制后的二次復(fù)合棒進行旋鍛和拉拔加工，得到直徑為0. 8mm 1. 5mm的多芯線材；步驟六、將步驟五中所述多芯線材兩端密封后置于管式爐中進行熱處理，得到多芯皿8艮超導(dǎo)線材；所述熱處理的過程為以300mL/min 500mL/min的速率向管式爐中通入氬氣，待氬氣通入Ih 2h后，以10°C /min 20°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至650°C 850°C后保溫0. 5h 3h，然后以10°C /min 20°C /min的降溫速率將爐內(nèi)溫度冷卻至室ilm ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多芯Mg 超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟一中所述鎂粉的質(zhì)量純度為99.8%，鎂粉的粒度為-200目，所述無定形硼粉的質(zhì)量純度為 99. 999 %，所述納米TiC粉末的質(zhì)量純度為99 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述Ta管的外徑為IOmm 12mm，壁厚為1. Omm 1.5mm，Ta管中Ta的質(zhì)量含量不小于 99. 9%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多芯超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述無氧銅管的外徑為12. 5mm 15. 5mm，壁厚為1. Omm 1. 5mm，所述無氧銅管的剩余電阻率不小于80。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟三中所述單芯線材(1)的直徑為3mm 8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟三中所述單芯線材(1)的酸洗過程為將單芯線材(1)兩端密封保護后置于質(zhì)量濃度為10% 15%的硝酸中浸泡5min 8min，然后用水沖去單芯線材(1)表面殘留酸液，再用無水乙醇脫水，最后在50°C 60°C條件下烘干。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多芯超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述無氧銅管(3)的剩余電阻率不小于80，無氧銅管(3)的外徑為19mm 31mm，壁厚為 1. 5mm 3mm0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，該方法為一、制備前驅(qū)粉末；二、將前驅(qū)粉末裝入Ta管中制得裝管復(fù)合體；三、孔型軋制得到單芯線材；四、將NbTi/Cu復(fù)合棒與多根單芯線材置于無氧銅管中組裝得到二次復(fù)合棒；五、對二次復(fù)合棒進行旋鍛拉拔，然后進行孔型軋制，最后再進行旋鍛拉拔，得到多芯線材；六、將多芯線材進行熱處理，得到多芯MgB2超導(dǎo)線材。本發(fā)明采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結(jié)合，不但可以提高多芯線材的致密度，而且可以改善晶粒之間的連接性，更有利于制備出高性能的多芯MgB2超導(dǎo)線材，制備的線材具有較高的機械強度，可以承載較大的應(yīng)力應(yīng)變而超導(dǎo)載流性能無明顯降低，更符合超導(dǎo)線材實用化的要求。
文檔編號H01B12/02GK102522153SQ20111032775
公開日2012年6月27日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者馮建情, 劉國慶, 孫昱艷, 李成山, 楊芳, 焦高峰, 王慶陽, 閆果 申請人:西北有色金屬研究院