[其他]制備鈮三錫高場超導復合線的方法

無效

• 申請號: 85107979
• 申請日: 1985-10-18
• 公開（公告）號: CN85107979A
• 公開（公告）日: 1987-04-22
• 發明（設計）人: 何牧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 主分類號: H01B12/00
• 分類號: H01B12/00
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良赳,沈德新

本發明是用改進的鈮管富錫法制備鈮三錫高場超導復合線的方法，屬于高場超導磁體的加工工藝。

超導線材是制造高場超導磁體的基礎材料。大多數高場超導材料都是難以機械加工的化合物。鈮三錫（Nb₃Sn）和釩三鎵（V₃Ga）雖已獲得不同程度的實用，但都存在一些問題。例如，目前認為成熟的表面擴散法制造的Nb₃Sn帶材，某些電磁特性和機械性能尚不能滿足大型高場磁體的要求。近年來，在鈮鈦復合線工藝完善的基礎上，多芯Nb₃Sn復合線工藝取得了進展。過去通常采用青銅法制備多芯Nb₃Sn復合線，由于采用錫青銅作基體，加工硬化率高，加工過程中要經過頻繁的中間熱處理，而且青銅中Sn含量受到限制，重量百分比小于14%，從而影響Nb₃Sn的生長速率和超導性能。另一種表面鍍Sn的外擴散法，Sn含量難以控制均勻。用這二種方法制得的復合線最終基體都是青銅，不利于磁熱穩定。

1976年Koike等（Appl Phys Lett，29，384，1974）提出用鈮管富錫法制備多芯Nb₃Sn超導復合線。它采用鈮管中放置易冷加工的富Sn的Sn-Cu合金，Nb管外再包復OFHC Cu（高導電無氧銅）管，經過適當組合和熱處理，制得在Nb管內壁形成連續Nb₃Sn層的多芯復合線。附圖1說明了該方法的工藝流程。與青銅法相比，Nb管富Sn法的主要優點有：

1.工藝簡單，無需任何中間熱處理即可冷拉到最終尺寸。

2.Nb管可起到Sn擴散阻擋層的作用，Nb管外的OFHC????Cu不致被Sn沾污，使復合線具有良好的磁熱穩定性，這對超導磁體的穩定工作是至關重要的。

3.有優異的超導臨界特性。

4.可較方便地在富Sn合金中添加第三元素，例如Mg或Ti，進一步提高了材料的超導臨界特性。

但Nb管富Sn法也有其缺點，主要是

1.使用Nb管，成本高。

2.由于富Sn合金放置在Nb管中，與Nb管的體積之比較小，因此在富Sn合金中添加第三元素的數量受到限制。

3.Nb管外的OFHC????Cu與Nb管芯的體積之比較大，約比青銅法的Cu與Nb芯加青銅的體積之比大三倍。由于OFHC????Cu的機械強度較差，因而與同樣線規的青銅法復合線比，Nb管富Sn法制得的復合線的抗應力-應變能力較差。

本發明的目的是為了克服上述Nb管富Sn法的缺點，降低Nb₃Sn多芯復合線的生產成本，提高復合線的超導臨界特性及其機械性能。

本發明對Nb管富Sn法作了以下三方面的改進：

1.使用二次或三次電子束轟擊熔煉的純Nb錠中心打孔制作單芯Cu/Nb復合擠壓管代替Nb管以降低生產成本。

2.第三元素，如Mg或Ti，不僅可加入到富Sn合金中，而且可加入到Cu/Nb復合擠壓管的內銅層中，使Mg或Ti的含量增高以提高材料的超導臨界特性。

3.用多芯Cu/Nb復合管或Cu-（5-30）Vol%Nb（Vol%為體積百分比）合金管來代替Nb管富Sn法的Nb管內銅套層以改進材料的機械性能。

使用本發明所作的改進制造Nb₃Sn高場超導線材達到了降低生產成本，改進超導臨界特性和機械性能的目的。由于采用價格低的二次或三次電子束轟擊熔煉的高純Nb錠（如三次轟擊的純Nb錠包括打孔損耗后，價格為600元/公斤）而不用價格高的Nb管（1850-2500元/公斤）使生產成本降低約30-50%。由于把Mg或Ti添加到擠壓筒內銅套層或同時添加到內銅套層和富Sn合金中，使Mg或Ti的名義平均含量提高，從而既改善了線材性能的均勻性，也提高了超導臨界特性。例如把Ti加入內Cu套層使Nb管芯內成份均勻化后，Ti的名義平均含量為0.76重量百分比，線材的超導臨界磁場Hc₂（o）達到29T。而Ti加到富Sn合金中的名義平均含量僅為0.4重量百分比，Hc₂（o）只有26T。最后，用Cu/Nb復合管或Cu-（5-30）Vol%Nb合金管后，使Nb₃Sn的機械性能也得到了顯著改進。例如用Cu-20Vol%Nb合金管代替Nb管內套Cu層可使單芯復合線的屈服強度σ_0.2提高30-40%。