[發(fā)明專利]一種3D打印制備鈮三鋁超導(dǎo)線材的方法

有效

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• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107293373B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫霞光;潘熙鋒;閆果;崔利軍;郗丹;劉建偉;李建峰;劉向宏;馮勇;張平祥
• 申請（專利權(quán)）人: 西部超導(dǎo)材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B12/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 胡燕恒

本發(fā)明公開了一種3D打印制備鈮三鋁超導(dǎo)線材的方法，首先采用3D打印制備Nb?Al固溶體棒材，將Nb?Al固溶體棒材裝入Cu管，加工成六方的Cu/Nb?Al單芯棒；然后將多根單芯棒裝入Cu包套管中，密封焊接，塑性加工制備成多芯Cu/Nb?Al復(fù)合線材；最后對復(fù)合線材進(jìn)行低溫?cái)U(kuò)散成相熱處理，即得到Nb₃Al超導(dǎo)線材。本發(fā)明方法簡化了Nb₃Al超導(dǎo)線材的制備工藝，降低了熱處理工藝難度，從而提高了高性能Nb₃Al超導(dǎo)長線的生產(chǎn)效率和線材成品率，降低了成本，適合于超導(dǎo)長線的制備，有利于大規(guī)模的推廣應(yīng)用，有著巨大的商業(yè)價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低溫超導(dǎo)線材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D打印制備鈮三鋁超導(dǎo)線材的方法。

背景技術(shù)

Nb₃Al是目前超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(T_c)、臨界電流密度(J_c)和上臨界場(H_c2)等綜合實(shí)用性能最好的低溫超導(dǎo)材料。它與Nb₃Sn相比，T_c達(dá)到19.3K，也屬于A15結(jié)構(gòu)金屬間化合物和晶界釘扎超導(dǎo)體；而且具有更高的H_c2和更好的高場J_c特性；尤其重要的是，它比Nb₃Sn具有更優(yōu)良的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)菰S特性。因此Nb₃Al超導(dǎo)線材被認(rèn)為在下一代熱磁約束聚變反應(yīng)堆(ITER)、高能粒子加速器(LHC)和核磁共振譜儀(NMR)等超導(dǎo)磁體應(yīng)用上有著巨大的潛力。按照熱處理方式的不同，Nb₃Al超導(dǎo)線材可以分為兩種，一種是基于“低溫?cái)U(kuò)散熱處理”的Nb₃Al超導(dǎo)線材，另一種是基于“高溫急熱急冷(RHQ)和成相熱處理”的Nb₃Al超導(dǎo)線材。前者制備工藝簡單，成本低廉，但是性能較低，主要用磁場強(qiáng)度在小于100,000高斯的Nb₃Al超導(dǎo)磁體；后者性能更加優(yōu)良，制作工藝復(fù)雜，主要用于磁場強(qiáng)度高于150,000高斯的Nb₃Al超導(dǎo)磁體。

Nb₃Al超導(dǎo)線材的制備過程分為“前驅(qū)體線材制備”和“熱處理”兩部分。前驅(qū)體線材通常采用Nb-Al箔材卷繞后制作成單芯棒，隨后通過多芯組裝、靜液擠壓和拉拔等工藝制作成多芯線材。而熱處理通常需要采用“高溫急熱急冷(RHQ)”將多芯的Nb-Al復(fù)合線材生成具有良好延展性的Nb(Al)_ss過飽和固溶體線材，隨后通過低溫?cái)U(kuò)散成相熱處理，生成Nb₃Al超導(dǎo)線材。

目前典型的卷繞法Nb₃Al超導(dǎo)線材制作過程為以Nb為基體，將厚度比為3:1的Nb箔和Al箔卷繞在Nb棒上，加工成Nb-Al六方單芯棒；然后依次進(jìn)行多芯組裝，真空電子束焊接密封、靜液擠壓和拉拔加工，制作成多芯前驅(qū)體導(dǎo)線。導(dǎo)線制作完成后，通常高性能的Nb₃Al線材需要經(jīng)過高溫急熱急冷(Rapid Heating and Quenching，RHQ)熱處理，將Nb-Al復(fù)合線材生成Nb(Al)_ss過飽和線材，然后通過長時(shí)間低溫?cái)U(kuò)散成相退火，即獲得Nb₃Al超導(dǎo)線材。由于Nb-Al普通擴(kuò)散熱處理過程中，會生成Nb₂Al雜相，RHQ熱處理的目的是快速將Nb-Al加熱到高溫融熔溫度區(qū)間，然后快速冷卻，從而避免Nb₂Al雜相的析出，從而生成不含任何雜相的高性能Nb₃Al超導(dǎo)體。

由于Nb₃Al線材在RHQ熱處理過程中，導(dǎo)線(通常直徑為0.8～1.5mm)需要在極短時(shí)間內(nèi)(通常為0.1秒)承受從“室溫→2000℃→室溫”的劇烈溫度變化過程，巨大的熱應(yīng)力很容易造成熱處理過程中斷線，而實(shí)用化Nb₃Al超導(dǎo)線材需要保證至少千米量級。

發(fā)明內(nèi)容