[發(fā)明專利]一種Nb3Al超導(dǎo)線材前驅(qū)體的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510657540.1
• 申請(qǐng)日: 2015-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105304208B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王大友;潘熙鋒;閆果;侯艷榮;崔利軍;王韻涵;劉向宏;馮勇;張平祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01B12/06
• 分類號(hào): H01B12/06;H01B13/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所61214
• 代理人: 羅笛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Nb₃Al超導(dǎo)線材前驅(qū)體的制備方法。

背景技術(shù)

全超導(dǎo)可控磁約束熱核聚變能(托卡馬克)發(fā)電技術(shù)是人類未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性新能源技術(shù)之一。正是由于可控核聚變能的資源充裕和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，其被公認(rèn)為最可能解決未來(lái)全球能源危機(jī)、推動(dòng)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展行之有效的理想能源。目前，由多國(guó)參加的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)的啟動(dòng)對(duì)于推動(dòng)可控聚變能基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展和工程技術(shù)進(jìn)步具有重要意義，2006年11月我國(guó)正式加入ITER計(jì)劃。2010年，我國(guó)制訂的戰(zhàn)略規(guī)劃已明確將“超導(dǎo)磁約束核聚變技術(shù)”列為國(guó)家中長(zhǎng)期重點(diǎn)支持的發(fā)展方向。

大型超導(dǎo)磁體是全超導(dǎo)可控磁約束聚變堆的關(guān)鍵，其主要功能是將超高溫(6000～10000萬(wàn)℃)等離子體約束在磁容器中，實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)。在ITER設(shè)計(jì)中，高場(chǎng)磁體(TF和CS)需要產(chǎn)生非常高的磁場(chǎng)(11.8T)，同時(shí)承受巨大的洛侖茲力，目前該磁體采用Nb₃Sn超導(dǎo)材料繞制。然而，未來(lái)示范堆和商用堆運(yùn)行參數(shù)(磁場(chǎng)＞15T、電流＞100kA，承載＞150噸/米、功率＞2GW)遠(yuǎn)高于目前ITER設(shè)計(jì)參數(shù)，大的洛侖茲力產(chǎn)生的應(yīng)力/應(yīng)變導(dǎo)致Nb₃Sn超導(dǎo)材料性能衰減問(wèn)題變得尤為嚴(yán)重，難于滿足高場(chǎng)超導(dǎo)線圈應(yīng)力/應(yīng)變?nèi)菹抟蟆Ｒ虼耍瑢で缶哂懈鼮閮?yōu)良綜合性能的高場(chǎng)磁體用超導(dǎo)材料是未來(lái)可控磁約束聚變示范堆和商業(yè)化過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。與Nb₃Sn相比，Nb₃Al超導(dǎo)材料具有更高的臨界磁場(chǎng)和更優(yōu)良的應(yīng)變?nèi)菰S特性，是未來(lái)磁約束聚變堆，尤其是示范堆階段高場(chǎng)磁體的理想選擇。

目前，Nb₃Al前驅(qū)體導(dǎo)線的制備方法主要有兩種：套管法和卷繞法。兩者的主要區(qū)別是：前者是將Al棒插入到Nb管中，然后通過(guò)拉拔制成單芯棒；而后者是將Al箔和Nb箔以Nb棒為中心進(jìn)行卷繞，然后通過(guò)拉拔制作成單芯棒。由于Nb₃Al超導(dǎo)線材熱處理過(guò)程中要求Nb-Al擴(kuò)散間距小于1微米，而且Nb₃Al前驅(qū)體導(dǎo)線在加工過(guò)程中無(wú)法對(duì)Nb進(jìn)行去應(yīng)力退火，因此，相對(duì)于套管法，卷繞法前驅(qū)體導(dǎo)線的塑性變形加工量更小，更容易于加工。但是，在目前的卷繞法Nb₃Al前驅(qū)體導(dǎo)線中，通常以Nb作為基體。由于Nb金屬也是低溫超導(dǎo)體，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)9.2K，而Nb₃Al超導(dǎo)線材的使用溫度在液氦溫度4.2K，這種情況造成了Nb基Nb₃Al超導(dǎo)線材在使用過(guò)程中存在顯著的超導(dǎo)性能芯絲耦合和磁通跳躍等現(xiàn)象，從而導(dǎo)線Nb₃Al超導(dǎo)線材的交流損耗值過(guò)大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種Nb₃Al超導(dǎo)線材前驅(qū)體的制備方法，解決了現(xiàn)有超導(dǎo)線材制備時(shí)存在的芯絲耦合、磁通跳躍的問(wèn)題。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是，一種Nb₃Al超導(dǎo)線材前驅(qū)體的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，用Nb棒、含有Ta的箔材和Cu管制備單芯復(fù)合棒；

步驟2，將制得單芯復(fù)合棒通過(guò)軋制工序軋制成正六邊形的六方棒；

步驟3，將若干根制得的六方棒裝入Cu包套管內(nèi)并密封，形成復(fù)合坯錠；

步驟4，將制得的復(fù)合坯錠通過(guò)熱擠出加工工序制得Cu包套的復(fù)合棒材；

步驟5，將制得的復(fù)合棒材通過(guò)多道次拉拔加工工序，制得Nb₃Al超導(dǎo)線材前驅(qū)體導(dǎo)線。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1的具體實(shí)施方法為，以Nb棒為中心，將厚度比為3：1的Nb箔和Al箔對(duì)Nb棒進(jìn)行卷繞，然后再卷1～3層含有Ta的箔材，作為阻隔層；將卷繞后的Nb棒裝入Cu管內(nèi)，以每分鐘1～10m的速率進(jìn)行拉拔加工，制得Nb/Al/Ta/Cu單芯復(fù)合棒。

步驟2的具體實(shí)施方法為，將經(jīng)步驟1制得的Nb/Al/Ta/Cu單芯復(fù)合棒軋制成對(duì)邊距為1～10mm、長(zhǎng)度200～300mm的正六邊形棒材，然后將表面Cu腐蝕去掉，制得六方棒。

步驟3的具體實(shí)施方法為，將至少兩根經(jīng)步驟2制得的六方棒裝入Cu包套管內(nèi)，并采用焊接的方式將Cu包套管密封，制得復(fù)合坯錠。