[發明專利]一種制備鐵基超導復合帶材的方法

有效

• 申請號: 201810255629.9
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108682509B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 董持衡;馬衍偉;姚超
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01B12/02
• 分類號: H01B12/02;H01B13/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種制備鐵基超導復合帶材的方法，具體步驟為：(a)將鐵基超導前驅粉填入內層金屬管中，通過機械加工成單芯帶材；(b)對外層金屬包套進行機械加工，將內層金屬帶材塞入加工好的外層金屬包套內進行復合；(c)對復合體進行機械加工及熱處理，得到鐵基超導復合帶材。

技術領域

本發明涉及一種制備鐵基超導復合帶材的方法。

背景技術

高溫超導材料在強電應用領域上的突破取決于超導材料以及超導線、帶材加工工藝的發展。2008年發現的鐵基超導材料因其同時具有高上臨界場，低各向異性以及較高的超導轉變溫度等特性而激起了全世界范圍內的研究熱潮，有望在超導電纜、變壓器、超導磁體等方面得到廣泛應用。目前，制備鐵基超導線、帶材較為成熟的方法為金屬套管法(PIT法)。首先在高溫條件下合成鐵基超導熟粉，再將熟粉裝入金屬管中，繼而對該金屬管進行一系列機械加工，最后通過熱處理得到鐵基超導線、帶材產品。由于鐵基超導材料中存在弱連接效應，因此一般采用軋制或壓制的方法制備鐵基超導帶材，提高織構度從而提高載流性能。由于銀對鐵基超導材料有足夠的化學反應惰性，而且它還具有良好的導熱能力和延展性，因此PIT法中一般選擇銀管作為包套材料。然而，一種超導材料能否在工業上大規模應用不僅取決于其能否承載較高的電流密度，還取決于其是否具有很高的拉伸強度，是否可以彎曲到較小的半徑而又同時保持大電流。銀包套雖然具有上述優點，但其機械強度很弱。研究表明，銀包套鐵基超導帶材的不可逆應力值σ_irr只有35Mpa[Supercond.Sci.Tech.28,035007(2015)]，在強磁場下很容易由于受到強電磁力而發生不可逆破壞，因此不適用于超導線圈、超導電纜等電力應用。另外，通過旋鍛、拉拔、軋制工藝制備的鐵基超導帶材的帶材芯中存在大量的孔洞和裂紋，嚴重阻礙了超導臨界電流密度J_c的提高。因此，提高鐵基超導芯的致密度，減少孔洞和裂紋成為鐵基超導線帶材的重點研究方向。目前，熱等靜壓法(HIP法)和熱壓法(HP法)被分別用來提高鐵基超導線材和帶材中超導芯的致密度，其中熱壓法制備的帶材在4.2K溫度和10T磁場下的超導臨界電流密度超過了0.1MA/cm²，達到實用化水平。然而，上述方法不能用來制備超導長線，沒有解決包套機械強度弱的問題，不適用于大規模工業生產和應用。因此，需要在Ag包套外層復合一層硬度較高的包套，提高機械強度。目前一般采用以下兩種工藝制備復合超導線帶材：

1.先將內層套管與外層套管進行復合、加工，得到復合管；再將超導前驅粉填入復合管內并進行機械加工和熱處理，得到最終的線帶材，如專利：200610114264.5，200710121109.0。

2.先將前驅粉填入內層管中，再將裝有前驅粉的內層管塞進外層套管內，最后進行機械加工得到線帶材，如專利：200910241918.4。

以上兩種工藝存在缺點：由于鐵基超導線帶材內包套一般采用較軟的Ag或Ag合金，而外層包套的硬度、延展性與內層包套差距較大，先復合再加工容易造成超導芯不均勻甚至斷芯。其次，直接對復合管進行機械加工，難以在其中形成高織構度的超導芯。以上缺點將嚴重影響鐵基超導帶材的載流性能。

因此，需要開發出一種鐵基復合線、帶材制備工藝，在提高超導芯致密度及臨界電流密度的同時，提高線材、帶材的機械強度，降低生產成本，使其適用于超導電纜及超導磁體的制備。

發明內容

本發明的目的是針對上述已有技術在鐵基超導線帶材生產中存在的問題，提出一種制備高機械強度、高臨界電流密度的鐵基超導復合帶材的方法。本發明方法工藝簡單，成本低廉，適用于規模化生產。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種制備鐵基超導復合帶材的方法，其特征在于，所述制備方法的工藝步驟如下：

(1)將鐵基超導前驅粉填入內層金屬管中，加工成單芯帶材；