[發(fā)明專利]一種鈮三鋁超導(dǎo)線材前驅(qū)體的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710300714.8
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN107275002B
• 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)明公開了一種鈮三鋁超導(dǎo)線材前驅(qū)體的制備方法，首先在Nb棒上依次卷繞Nb箔和Al箔疊加層、Cu阻隔層和Nb保護(hù)層，擠壓加工成Nb?Al單芯棒，然后將多根Nb?Al單芯棒裝入到包套Cu管中，焊接密封，依次經(jīng)過擠壓、拉拔以及腐蝕去Cu工藝，即得到Nb₃Al超導(dǎo)線材前驅(qū)體。本發(fā)明通過在單根芯絲內(nèi)部增加Cu阻隔層，避免了Nb₃Al線材使用過程中的磁通跳躍現(xiàn)象。通過在Cu阻隔層外卷繞Nb層，既可以對Cu阻隔層起到保護(hù)作用，防止加工過程中破損，還可以防止線材熱處理過程中，各個芯絲的Cu阻隔層相互連接，形成連通的網(wǎng)絡(luò)，從而降低線材橫截面的均勻性，導(dǎo)致Nb₃Al超導(dǎo)線材載流性能不均勻。

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，具體涉及一種鈮三鋁超導(dǎo)線材前驅(qū)體的制備方法。

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。

目前卷繞法Nb₃Al超導(dǎo)線材存在的有兩種結(jié)構(gòu)如圖1所示，第一種結(jié)構(gòu)(如圖a所示)以Nb為基體，將Nb箔和Al箔疊加后卷繞在Nb棒上，再卷繞幾層Nb箔，加工成Nb-Al單芯棒，然后依次進(jìn)行多芯組裝，真空電子束密封、靜液擠壓和拉拔加工，從而制作成長線。第二種結(jié)構(gòu)(如圖b所示)的區(qū)別在于制作過程中，是將Nb箔和Al箔卷繞在Nb棒上后，再卷繞上幾層Cu箔，從而形成Cu基體的Nb₃Al超導(dǎo)線材。

在上述兩種結(jié)構(gòu)中，第一種結(jié)構(gòu)以Nb為基體，由于Nb在低溫4.2K下為超導(dǎo)體，因此，在使用過程中Nb₃Al芯絲之間為形成磁通耦合回路，造成磁通跳躍現(xiàn)象，這對于Nb₃Al超導(dǎo)線材的使用會造成不穩(wěn)定性。為避免磁通耦合，第二種結(jié)構(gòu)采用Cu基體，即將Nb₃Al芯絲用Cu隔開，避免磁通耦合，從而起到抑制磁通跳躍的效果。但是由于前驅(qū)體線材，在制作完成后需要經(jīng)過高溫急熱急冷熱處理(2000℃/0.1秒)，銅的熔點(diǎn)只有1080℃，而且各個芯絲的Cu相互連接，形成了網(wǎng)絡(luò)狀，因此熱處理過程中，熔化的Cu基體很容易在連通的網(wǎng)絡(luò)之間流通，從而造成超導(dǎo)線材橫截面的不均勻性，影響Nb₃Al超導(dǎo)線材實(shí)用過程中的電磁穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容