均匀多芯超导材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种均匀多芯超导材料的制备方法，取多根单芯超导复合棒作为挤压原材料，装入无氧铜管后，对无氧铜管两端采用真空离子束进行封焊，放入热等静压设备中进行处理，随后随炉冷却至50℃出炉，得到高致密的多芯复合坯锭；在感应炉中加热至550℃-750℃，保温30min-50min后用反挤压机进行挤压，并选用石墨及汽缸油的混合物作为坯锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ40-80mm的多芯挤压棒；将多芯挤压棒在拉伸机上进行多次拉伸，直至得到满足直径要求的多芯超导材料。本发明均匀多芯超导材料的制备方法，采用了热等静压工艺，还采用了反挤压工艺，制得的产品力学性能均匀。

权利要求

1.一种均匀多芯超导材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：步骤1，

取多根对边尺寸为1-30mm的单芯超导复合棒作为挤压原材料，装入直径为Φ100-Φ300mm，长度为500-900mm，壁厚为10-35mm的无氧铜管后，对无氧铜管两端采用真空离子束进行封焊，得到多芯复合坯锭；

步骤2，

将步骤1得到的多芯复合坯锭放入热等静压设备中，选择温度为300-700℃，保压压力为100-150MPa，保压时间为50-180min进行处理，随后随炉冷却至50℃出炉，得到高致密的多芯复合坯锭；

步骤3，

将步骤2得到的高致密多芯复合坯锭在感应炉中加热至550℃-750℃，保温30min-50min后用反挤压机进行挤压，挤压比选择8-20，选择挤压模直径为Φ30mm-Φ100mm，挤压速度为10-40mm/s，并选用石墨及汽缸油的混合物作为坯锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ40-80mm的多芯挤压棒；

步骤4

将步骤3得到的多芯挤压棒在拉伸机上进行多次拉伸，根据直径选择拉伸速度

5-100m/min，加工率选择10-20% /道次，直至得到满足直径要求的多芯超导材料。

2.根据权利要求1所述的均匀多芯超导材料的制备方法，其特征在于，所述单芯超导复合棒为NbTi/Cu、Nb/Cu或Nb Ta/Cu。

说明书

均匀多芯超导材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于超导材料加工技术领域，涉及一种均匀多芯超导材料的制备方法。

背景技术

[0002] 多芯超导材料通常是将数根超导复合棒集束后填入无氧铜管中，随后加盖焊接，并通过挤压及拉伸后得到超导线材成品。通常多芯超导材料的填充系数小于96％，这就很容易在挤压工序中造成芯丝错位而不能均匀变形，进而影响到超导材料的力学性能。并且传统制备多芯超导材料采用的是正向挤压的方法，即在挤压时，金属材料流出模孔的方向与挤压力施加的方向相同的挤压方法，挤压时要克服多芯复合坯锭与挤压筒之间的摩檫力，有效挤压力仅为60-70％，并且，挤压开始到结束的全过程中，挤压力由大到小变化大，挤压力的变化使得模具的变形量大，挤压产品的头、尾尺寸变化较大，也会造成产品的力学性能不均匀，性能较低。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种均匀多芯超导材料的制备方法，制备出来的多芯超导材料力学性能均匀。

[0004] 本发明所采用的技术方案是，均匀多芯超导材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0005] 步骤1，

[0006] 取多根对边尺寸为1-30mm的单芯超导复合棒作为挤压原材料，装入直径为Φ100-Φ300mm，长度为500-900mm，壁厚为10-35mm的无氧铜管后，对无氧铜管两端采用真空离子束进行封焊，得到多芯复合坯锭；

[0007] 步骤2，

[0008] 将步骤1得到的多芯复合坯锭放入热等静压设备中，选择温度为300-700℃，保压压力为100-150MPa，保压时间为60-180min进行处理，随后随炉冷却至50℃出炉，得到高致密的多芯复合坯锭；

[0009] 步骤3，

[0010] 将步骤2得到的高致密多芯复合坯锭在感应炉中加热至550℃-750℃，保温30min-50min后用反挤压机进行挤压，挤压比选择8-20，选择挤压模直径为Φ30-Φ100，挤压速度为10-40mm/s，并选用石墨及汽缸油的混合物作为坯锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ40-80mm的多芯挤压棒；

[0011] 步骤4

[0012] 将步骤3得到的多芯挤压棒在拉伸机上进行多次拉伸，根据直径选择拉伸速度5-100m/min，加工率选择10-20％/道次，直至得到满足直径要求的多芯超导材料。

[0013] 本发明的特征还在于，

[0014] 单芯超导复合棒为NbTi/Cu、Nb/Cu或NbTa/Cu。

[0015] 本发明均匀多芯超导材料的制备方法，采用了热等静压工艺，集热压和等静压的优点于一身，使多芯超导材料内部芯丝致密度接近100％，从而保证了挤压工序过程中坯锭内部芯丝均匀变形，从而制备出高均匀的多芯超导材料。本发明还采用了反挤压工艺，挤压时，挤压力施加的方向与多芯复合坯锭流出的方向相反，挤压时，坯锭与挤压筒之间没有相对运动，不存在摩檫力。与正向挤压相比，可以节省挤压力30-40％，因此，在相同的挤压力条件下，反向挤压可以采用更高的挤压系数和更长的坯锭挤压，从而提高成品率。另外挤压过程中，挤压力变化小，模具的变形程度基本不变，产品的尺寸精度高。由于不产生摩檫力，金属不发生倒流和横向流动，因此，挤压残料小，成品率高，产品力学性能均匀。

附图说明

[0016] 图1是采用本发明实施例1的方法制得的Φ5mm多芯超导材料沿长度方向截面铜与超导相的体积比坐标图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0018] 本发明的均匀多芯超导材料的制备方法，具体按照以下步骤进行：

[0019] 步骤1，

[0020] 取多跟对边尺寸为1-30mm的NbTi/Cu，或Nb/Cu，或NbTa/Cu单芯超导复合棒作为挤压原材料，装入直径为Φ100-Φ300mm，长度为500-900mm，壁厚为10-35mm的无氧铜管后对两端采用真空离子束进行封焊得到多芯复合坯锭；

[0021] 步骤2，

[0022] 将步骤1得到的多芯复合坯锭放入热等静压设备中，选择温度为300-700℃，保压压力为100-150MPa，保压时间为60-180min进行处理，随后随炉冷却至50℃出炉，得到高致密的多芯复合坯锭；

[0023] 步骤3，

[0024] 将步骤2得到的高致密多芯复合坯锭在感应炉中加热至550-750℃，保温30-50min后用反挤压机进行挤压，挤压比选择8-20，选择挤压模直径为Φ30-Φ100，挤压速度为10-40mm/s，并选用石墨及汽缸油的混合物作为坯锭与挤压模之间的润滑剂，挤压完成后得到直径为Φ40-80mm的多芯挤压棒，超导相在多芯挤压棒截面上均匀地分布于铜基体内部；

[0025] 步骤4

[0026] 将步骤3得到的多芯挤压棒在拉伸机上进行多次拉伸，根据直径选择拉伸速度5-100m/min，加工率选择10-20％/道次，直至得到满足直径要求的多芯超导材料。

[0027] 本发明方法的步骤2中所用的工艺为热等静压工艺，即在高温下利用各向均等的静压力对组装后的多芯复合坯锭进行压制的工艺方法，该工艺技术的优点在于集热压和等静压的优点于一身，使多芯超导材料内部芯丝致密度接近100％，从而保证了挤压工序过程中坯锭内部芯丝均匀变形，从而制备出高均匀的多芯超导材料。本发明方法的步骤3中所用的工艺为反挤压工艺，挤压时，挤压力施加的方向与多芯复合坯锭流出的方向相反，挤压时，坯锭与挤压筒之间没有相对运动，不存在摩檫力。与正向挤压相比，可以节省挤压力30-40％，因此，在相同的挤压力条件下，反向挤压可以采用更高的挤压系数和更长的坯锭挤压，从而提高成品率。另外挤压过程中，挤压力变化小，模具的变形程度基本不变，产品的尺寸精度高。由于不产生摩檫力，金属不发生倒流和横向流动，因此，挤压残料小，成品率高，产品性能均匀、稳定，其体现在截面上各个组元分布沿长度方向均匀。

[0028] 实施例1：

[0029] 将对边尺寸为1mm的NbTi/Cu单芯超导复合棒集束后装入直径为Φ100，长度为500mm，壁厚为10mm的无氧铜管中，无氧铜管的两端采用真空电子束进行封焊。焊接后的坯锭选择500℃温度，110MPa压力进行热等静压。保压120min后随炉冷却，待坯锭降至50℃出炉。然后将坯锭在感应炉中加热至600℃，保温40min后用反挤压机进行挤压，挤压比为
8，挤压模直径为Φ75，挤压速度为20mm/s，并用润滑剂润滑坯锭与挤压模之间，挤压完成后将挤压棒在拉伸机上进行拉伸，拉伸速度30m/min，加工率选择10％/道次，即得。

[0030] 制得的Φ5mm多芯超导材料沿长度方向截面铜与超导相的体积比如图1所示，其中横坐标表示超导材料长度，纵坐标表示超导材料截面铜与超导相的体积比，该体积比可以间接反映出超导材料沿长度方向的均匀程度，从图中可以看出，制得的多芯超导材料沿长度方向的均匀程度很高。

[0031] 实施例2：

[0032] 将对边尺寸为30mm的Nb/Cu单芯超导复合棒集束后装入直径为Φ300，长度为900mm，壁厚为35mm的无氧铜管中，无氧铜管的两端采用真空电子束进行封焊。焊接后的坯锭选择600℃温度，120MPa压力进行热等静压。保压150min后随炉冷却，待坯锭降至50℃出炉。然后将坯锭在感应炉中加热至700℃，保温45min后用反挤压机进行挤压，挤压比为
12，挤压模直径为Φ30，挤压速度为10mm/s，并用润滑剂润滑坯锭与挤压模之间，挤压完成后将挤压棒在拉伸机上进行拉伸，拉伸速度5m/min，加工率选择15％/道次，即得。

[0033] 实施例3

[0034] 将对边尺寸为15mm的NbTa/Cu单芯超导复合棒集束后装入直径为Φ200，长度为700mm，壁厚为20mm的无氧铜管中，无氧铜管的两端采用真空电子束进行封焊。焊接后的坯锭选择700℃温度，150MPa压力进行热等静压。保压180min后随炉冷却，待坯锭降至50℃出炉。然后将坯锭在感应炉中加热至750℃，保温50min后用反挤压机进行挤压，挤压比为
20，挤压模直径为Φ100，挤压速度为40mm/s，并用润滑剂润滑坯锭与挤压模之间，挤压完成后将挤压棒在拉伸机上进行拉伸，拉伸速度100m/min，加工率选择20％/道次，即得。

[0035] 实施例4

[0036] 将对边尺寸为12mm的NbTi/Cu单芯超导复合棒集束后装入直径为Φ150，长度为600mm，壁厚为15mm的无氧铜管中，无氧铜管的两端采用真空电子束进行封焊。焊接后的坯锭选择300℃温度，100MPa压力进行热等静压。保压60min后随炉冷却，待坯锭降至50℃出炉。然后将坯锭在感应炉中加热至550℃，保温30min后用反挤压机进行挤压，挤压比为
10，挤压模直径为Φ50，挤压速度为15mm/s，并用润滑剂润滑坯锭与挤压模之间，挤压完成后将挤压棒在拉伸机上进行拉伸，拉伸速度20m/min，加工率选择12％/道次，即得。

[0037] 实施例5

[0038] 将对边尺寸为30mm的NbTi/Cu单芯超导复合棒集束后装入直径为Φ300，长度为900mm，壁厚为35mm的无氧铜管中，无氧铜管的两端采用真空电子束进行封焊。焊接后的坯锭选择700℃温度，150MPa压力进行热等静压。保压180min后随炉冷却，待坯锭降至50℃出炉。然后将坯锭在感应炉中加热至750℃，保温50min后用反挤压机进行挤压，挤压比为
20，挤压模直径为Φ100，挤压速度为40mm/s，并用润滑剂润滑坯锭与挤压模之间，挤压完成后将挤压棒在拉伸机上进行拉伸，拉伸速度80m/min，加工率选择20％/道次，即得。

[0039] 经检测，采用实施例1-5制得的多芯超导材料横截面上各个组元排列整齐，分布均匀，得到的多芯超导材料的力学性能均匀。