一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法转让专利
申请号 : CN200910021841.X
文献号 : CN101515493B
文献日 : 2010-12-29
发明人 : 刘国庆 , 闫果 , 王庆阳 , 焦高峰 , 熊晓梅 , 冯勇 , 李成山
申请人 : 西北有色金属研究院
摘要 :
本发明公开了一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比制备出MgB4粉末，然后按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加Mg粉，制得装管前驱粉，再将配置的粉末装入纯Nb金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行旋段拉拔，加工成单芯线材；按照7-37芯的导体结构对单芯线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后对线材加热，保温，最后将线材冷却至室温。本发明通过控制前驱粉末的相组成，优化相应的拉拔工艺，可制备任意长度、致密性好且具有高临界电流密度的多芯复合超导线材。
权利要求 :
1.一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于该方法过程为：首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁和硼混合研磨，研制成片后置于真空退火炉中，于室温下抽真空后充入氩气，以20～40℃/分钟的升温速率加热，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末；再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比往所述MgB4粉末中添加Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉，再将所述装管前驱粉装入纯Nb金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行旋锻拉拔，加工成单芯线材；按照7～37芯的导体结构对单芯线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工后，得到多芯复合包套线材；将加工好的多芯复合包套线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为15～20∶1，然后以30-45℃/min的升温速率将多芯复合包套线材加热，在700-800℃的温度区间保温2h，最后以不低于20℃/min冷却速率将多芯复合包套线材冷却至室温，即得到MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材。
2.根据权利要求1所述的一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19∶1。
3.根据权利要求1所述的一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于所述单芯线材的截面为正六边形或圆形。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种复合超导线材的制备方法，特别是涉及一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法。
背景技术
2001年MgB2超导电性的发现，轰动了整个凝聚态物理界，它创造了金属间化合物超导材料的新纪录，超导转变温度高达39K，填补了中温超导体的空白，是一种在GM制冷机工作范围内(10-30K)具有极大应用潜力的新型超导材料。与氧化物高温超导材料相比，MgB2的晶体结构更简单，相干长度更大，无晶界弱连接，可以承载很高的电流密度，因此MgB2线带材的制备受到国际上的广泛重视。
目前MgB2线材制备主要有两种方法：一、直接用商品MgB2粉末装管，然后经过拉拔成线材(简称先位法)；二、用Mg粉和B粉按MgB2的原子数比装管、拉拔，再进行热处理，从而生成MgB2相(简称原位法)。先位法工艺简单，但是在拉拔加工过程中MgB2芯丝易产生微裂纹，且很难通过热处理弥合，从而很难制备具有应用价值的高临界电流密度MgB2超导线材。原位法制备的MgB2超导线材中MgB2晶粒连接好，可以承载较高的电流密度，但是由于在加工过程中要避免MgB2相的生成而不能进行中间退火，且Mg粉和B粉流动性差异很大，因此加工过程中线材极易断裂，因此很难加工成具有工程应用价值的长线材。
目前MgB2线材制备主要有两种方法：一、直接用商品MgB2粉末装管，然后经过拉拔成线材(简称先位法)；二、用Mg粉和B粉按MgB2的原子数比装管、拉拔，再进行热处理，从而生成MgB2相(简称原位法)。先位法工艺简单，但是在拉拔加工过程中MgB2芯丝易产生微裂纹，且很难通过热处理弥合，从而很难制备具有应用价值的高临界电流密度MgB2超导线材。原位法制备的MgB2超导线材中MgB2晶粒连接好，可以承载较高的电流密度，但是由于在加工过程中要避免MgB2相的生成而不能进行中间退火，且Mg粉和B粉流动性差异很大，因此加工过程中线材极易断裂，因此很难加工成具有工程应用价值的长线材。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种通过控制前驱粉末的相组成，优化相应的拉拔工艺，可制备任意长度且具有高临界电流密度的MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，采用该方法制备的线材包括具有超导性能的MgB2和包围MgB2的金属层。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于该方法过程为：首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁和硼混合研磨，研制成片后置于真空退火炉中，于室温下抽真空后充入氩气，以20～40℃/分钟的升温速率加热，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末；再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比往所述MgB4粉末中添加Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉，再将所述装管前驱粉装入纯Nb金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行旋锻拉拔，加工成单芯线材；按照7～37芯的导体结构对单芯线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工后，得到多芯复合包套线材；将加工好的多芯复合包套线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为15～20∶1，然后以30-45℃/min的升温速率将多芯复合包套线材加热，在700-800℃的温度区间保温2h，最后以不低于20℃/min冷却速率将多芯复合包套线材冷却至室温，即得到MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材。
所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19∶1。
所述单芯线材的截面为正六边形或圆形。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.采用(MgB4+Mg)的粉末配置结合了原位法和先位法两种方法的优点，不仅元素分布均匀，粒度搭配适当，而且适量镁的存在有利于在热处理过程中弥合加工形成的微裂纹。
2.采用加工性能优良、强度较高的纯Nb金属管外层覆铜管的复合体作为MgB2的包套材料，不但有利于在加工过程中进行大变形量的加工，而且改善了加工过程中金属流动性，避免出现断裂现象，同时能够有效强化MgB2晶粒的连接性。
3.复合包套超导材料经过旋锻和拉拔的综合加工过程，形成的超导体更致密，提高了临界电流密度。
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于该方法过程为：首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁和硼混合研磨，研制成片后置于真空退火炉中，于室温下抽真空后充入氩气，以20～40℃/分钟的升温速率加热，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末；再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比往所述MgB4粉末中添加Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉，再将所述装管前驱粉装入纯Nb金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行旋锻拉拔，加工成单芯线材；按照7～37芯的导体结构对单芯线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工后，得到多芯复合包套线材；将加工好的多芯复合包套线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为15～20∶1，然后以30-45℃/min的升温速率将多芯复合包套线材加热，在700-800℃的温度区间保温2h，最后以不低于20℃/min冷却速率将多芯复合包套线材冷却至室温，即得到MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材。
所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19∶1。
所述单芯线材的截面为正六边形或圆形。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.采用(MgB4+Mg)的粉末配置结合了原位法和先位法两种方法的优点，不仅元素分布均匀，粒度搭配适当，而且适量镁的存在有利于在热处理过程中弥合加工形成的微裂纹。
2.采用加工性能优良、强度较高的纯Nb金属管外层覆铜管的复合体作为MgB2的包套材料，不但有利于在加工过程中进行大变形量的加工，而且改善了加工过程中金属流动性，避免出现断裂现象，同时能够有效强化MgB2晶粒的连接性。
3.复合包套超导材料经过旋锻和拉拔的综合加工过程，形成的超导体更致密，提高了临界电流密度。
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁(99％)、硼(99％)混合研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5×10-3Pa后，充入氩气，以25℃/分钟的升温速率，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末，破碎研磨后再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行拉拔，加工成具有正六边形、尺寸为Φ3.3mm的单芯线材；按照7芯的导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工工艺最终加工到Φ1.0mm；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到5×10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为15∶1，然后以30℃/min的升温速率将线材加热，在700℃的温度区间保温2h，最后以20℃/min冷却速率将线材冷却至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。
实施例2
首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁(99％)、硼(99％)混合研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5×10-3Pa后，充入氩气，以30℃/分钟的升温速率，于900℃恒温2h，制备出MgB4粉末，破碎研磨后再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行拉拔，加工成具有正六边形尺寸为Φ3.3mm的单芯线材；按照13芯的导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工工艺最终加工到Φ1.0mm；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到5×10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19∶1，然后以40℃/min的升温速率将线材加热，在750℃的温度区间保温2h，最后以50℃/min冷却速率将线材冷却至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。
实施例3
首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁(99％)、硼(99％)混合研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5×10-3Pa后，充入氩气，以25℃/分钟的升温速率，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末，破碎研磨后再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行拉拔，加工成具有正六边形尺寸为Φ3.3mm的单芯线材；按照19芯的导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工工艺最终加工到Φ1.5mm；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到5×10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为20∶1，然后以45℃/min的升温速率将线材加热，在800℃的温度区间保温2h，最后以30℃/min冷却速率将线材冷却至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。
首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁(99％)、硼(99％)混合研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5×10-3Pa后，充入氩气，以25℃/分钟的升温速率，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末，破碎研磨后再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行拉拔，加工成具有正六边形、尺寸为Φ3.3mm的单芯线材；按照7芯的导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工工艺最终加工到Φ1.0mm；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到5×10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为15∶1，然后以30℃/min的升温速率将线材加热，在700℃的温度区间保温2h，最后以20℃/min冷却速率将线材冷却至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。
实施例2
首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁(99％)、硼(99％)混合研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5×10-3Pa后，充入氩气，以30℃/分钟的升温速率，于900℃恒温2h，制备出MgB4粉末，破碎研磨后再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行拉拔，加工成具有正六边形尺寸为Φ3.3mm的单芯线材；按照13芯的导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工工艺最终加工到Φ1.0mm；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到5×10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19∶1，然后以40℃/min的升温速率将线材加热，在750℃的温度区间保温2h，最后以50℃/min冷却速率将线材冷却至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。
实施例3
首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁(99％)、硼(99％)混合研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5×10-3Pa后，充入氩气，以25℃/分钟的升温速率，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末，破碎研磨后再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行拉拔，加工成具有正六边形尺寸为Φ3.3mm的单芯线材；按照19芯的导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工工艺最终加工到Φ1.5mm；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到5×10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为20∶1，然后以45℃/min的升温速率将线材加热，在800℃的温度区间保温2h，最后以30℃/min冷却速率将线材冷却至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。