[發明專利]一種以Nb47Ti棒作為添加Ti元素制備高場Nb3Sn超導股線的方法

有效

• 申請號: 201110247272.8
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102339664A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 李春廣;孫霞光;管軍強;肖成舉;李建峰;劉建偉;張豐收;劉向宏;馮勇
• 申請（專利權）人: 西部超導材料科技有限公司
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B12/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種以Nb47Ti棒作為添加源添加Ti元素制備高場Nb₃Sn超導股線的方法，屬于超導材料制備技術領域，涉及一種在高場Nb₃Sn股線制備過程中以Nb47Ti棒的形式添加Ti元素的方法。

背景技術

內錫法Nb₃Sn股線主要應用在熱核聚變反應實驗堆(ITER)、NMR、高能物理、粒子加速器磁體等高技術領域，為了提高高場下股線的載流能力，商用Nb₃Sn股線都需要添加第三元素Ti或Ta，考慮到成本及添加方法，添加Ti元素是首選。在內錫法Nb₃Sn股線制備工藝中，因Cu、Nb、Sn各組元彼此獨立，設計靈活，使得Ti元素的添加方法具有多樣性及靈活性。經過近幾年的發展，較為成熟的Ti添加方式有兩種：一種是將Ti添加在Sn源中形成Sn-Ti合金，另一種是以Nb47Ti芯作為獨立的組元替換少數Nb芯。第一種方法發展較早，也見于國內外相關論文及專利，但是由于Sn-Ti合金的制作成本較高，而且合金中較大尺寸Ti6Sn5顆粒的硬脆性也限制了該方法的進一步發展。Nb47Ti的添加方法成本低，而且塑性很好，是Nb₃Sn股線制備較為理想的Ti添加方法。該方法尚處于初始應用階段，其中的關鍵技術被國外一些超導材料生產公司作為商業秘密所掌握，相關的論文及專利也僅僅限于介紹。

以Nb47Ti的方式添加Ti元素，分布方式的設計決定了股線熱處理過程中Ti擴散的均勻性，從而決定了Ti元素的添加效果；而添加數量決定了Ti的添加比例；在加工過程中要保證Nb47Ti芯絲與Nb芯絲的同步變形以保證股線的正常拉伸，所以加工方式以及加工參數則決定了該方法能否成功應用于生產。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種以Nb47Ti棒作為添加Ti元素制備高場Nb₃Sn超導股線的方法。

技術方案

一種以Nb47Ti棒作為添加Ti元素制備高場Nb₃Sn超導股線的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1采用CuNb單芯棒進行包套組裝：由外到內依次為：Cu包套、Nb阻隔層、CuNb單芯棒和Nb47Ti單芯棒、純Cu芯棒；組裝過程為在密排的純Cu芯棒中心層外圍密排分布CuNb單芯棒，在CuNb單芯棒中間對稱均勻分布設置若干Nb47Ti單芯棒，再套上Nb阻隔層后一起裝進Cu包套中，最后用純銅插縫棒插進Nb阻隔層與CuNb單芯棒之間的縫隙，蓋好上下蓋，完成組裝；所述的CuNb單芯棒、Nb47Ti單芯棒和純Cu芯棒的形狀均為六方；

所述Nb47Ti單芯棒與CuNb單芯棒大小形狀相同；

所述CuNb單芯棒為200～400支；

所述Nb47Ti單芯棒為5～20支；

步驟2對組裝好的CuNb多芯包套進行除氣處理：在真空熱處理爐內進行，打開包套一端的端蓋，除氣真空度為10^-2Pa，除氣溫度為450℃，待包套溫度降至50℃以下時可以出爐，完成除氣工序；

步驟3對除氣后的包套進行焊接處理：在真空電子束焊機中進行，當真空度到5.0×10^-3Pa后對包套的上下端蓋進行電子束封焊，將各組元密封在Cu包套內；待包套冷卻30min后取出，完成焊接；

步驟4對焊接的包套進行擠壓：在臥式擠壓機上進行，擠壓前將包套充分加熱至600℃，再按照10～30mm/S的速度擠壓，擠壓比控制在10～20，得到高場Nb₃Sn超導股線制備用具有Nb47Ti芯的CuNb多芯復合棒；

步驟5亞組元的制備：將獲得的具有Nb47Ti的CuNb多芯復合棒截斷為單根1.2～1.5m，在深孔加工設備上進行深孔加工去掉中心部分Cu區獲得具有Nb47Ti的CuNb多芯復合管，經過清洗的Sn合金組裝在復合管內獲得具有Sn源的CuNb-Sn多芯復合體，再拉伸加工這種復合體獲得用于組裝最終坯料的亞組元；

步驟6最終坯料加工：按照產品要求將若干數目的亞組元與純Cu芯棒集束組裝在Cu管內獲得最終坯料，經過拉伸加工這種最終坯料獲得高場Nb₃Sn超導股線。

有益效果