一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法
【專利摘要】一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，屬于超導(dǎo)線材制造【技術(shù)領(lǐng)域】。包括MgB2超導(dǎo)芯絲、金屬Nb-Ti復(fù)合阻隔層、中心銅鈮增強(qiáng)芯和外包Cu-Ni合金層四部分。首先采用溶液包覆工藝制備C摻雜的裝管前驅(qū)粉體，其次將裝管前驅(qū)粉體手工灌裝與酸洗干凈的Nb-Ti復(fù)合管內(nèi)，進(jìn)行軋制，加工成單芯線材，然后按照7芯的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次組裝，外包材料選用Cu-Ni合金管，中心采用銅鈮復(fù)合棒增強(qiáng)，將二次復(fù)合體經(jīng)過(guò)旋鍛拉拔與孔型軋制相結(jié)合的加工路線制得多芯線材，最后經(jīng)過(guò)熱處理后獲得高機(jī)械強(qiáng)度高臨界電流密度的C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。可以在輸配電、超強(qiáng)磁體、儲(chǔ)能、發(fā)電機(jī)、變壓器、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】—種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，屬于超導(dǎo)線材制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著地球“氣候變暖”和人類生存環(huán)境的惡化，發(fā)展節(jié)能、環(huán)保以及新能源技術(shù)成為21世紀(jì)人類必然的選擇；而超導(dǎo)材料作為21世紀(jì)最重要的高技術(shù)節(jié)能環(huán)保材料在大規(guī)模輸配電、超強(qiáng)磁體、儲(chǔ)能、發(fā)電機(jī)、變壓器、磁懸浮列車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。MgB2超導(dǎo)材料由于其臨界溫度高(Tc=39K)、相干長(zhǎng)度大、不存在晶界弱連接等優(yōu)點(diǎn)，這一系列的優(yōu)點(diǎn)使得MgB2超導(dǎo)體一出現(xiàn)就迅速引起人們的廣泛關(guān)注。由于市場(chǎng)上小型制冷機(jī)就可以很容易達(dá)到20K左右的低溫，因此，MgB2超導(dǎo)材料被認(rèn)為有望實(shí)現(xiàn)20K工作溫度下，1-3Τ醫(yī)療核磁共振成像(MRI)磁體的應(yīng)用。
[0003]包套材料的選擇對(duì)于制備高性能的線帶材是必須解決的問(wèn)題，包套材料必須能夠承受一定的強(qiáng)度和可彎曲度，而且具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和低廉的成本，同時(shí)，需要避免與原始粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以保證獲得高臨界電流密度。最初人們研究了采用單一包套材料的MgB2超導(dǎo)線帶材，研究結(jié)果表明單一的某種材料很難滿足加工、導(dǎo)熱、導(dǎo)電以及化學(xué)阻隔的作用，因此人們考慮采用具有多種功能層的復(fù)合體來(lái)制備MgB2超導(dǎo)線帶材，研究結(jié)果顯示穩(wěn)定層一般選用無(wú)氧銅，而阻隔層材料一般選用Nb、Ta和Ti，外包套材料則多選用Fe、不銹鋼、Monel和CuNi合金，隨著外包套材料的強(qiáng)度升高，生成的MgB2超導(dǎo)芯的致密度有一定的增加。綜合各方面考慮，以Nb作為阻隔層，無(wú)氧Cu作為穩(wěn)定層，CuNi合金管作為外包套材料是比較理想的用于制備高性能多芯MgB2超導(dǎo)線帶材的選擇。
[0004]同時(shí)為了提高M(jìn)gB2超導(dǎo)線帶材在較高磁場(chǎng)條件下的臨界電流密度，必須引入有效的釘扎中心。研究結(jié)果顯示化學(xué)摻雜是提高其臨界電流密度最為簡(jiǎn)單有效的方法之一，而元素C是最有效的摻雜元素。摻雜源中C元素的活性直接影響到摻雜效果，采用無(wú)機(jī)碳化物為摻雜源，由于C元素活性較低，需要很高的熱處理溫度才能引入有效的摻雜，然而溫度過(guò)高成本增加，另外會(huì)導(dǎo)致阻隔層同B之間發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)且晶粒容易異常長(zhǎng)大，造成性能降低，同時(shí)無(wú)機(jī)碳化物摻雜很難使得摻雜C均勻分布，造成大量C在晶界的堆積。怎樣引入有效的、高活性的、分布均勻的摻雜元素C是目前亟待解決的問(wèn)題。
[0005]目前，在多芯MgB2線帶材制備方面，國(guó)際上主流制備技術(shù)包括以美國(guó)HyperTech.公司為代表的連續(xù)填充成型技術(shù)，即CTFF(Continuous Tube Forming Filling )技術(shù)，以意大利Columbus Superconductor公司和中國(guó)西北有色金屬研究院為代表的粉末套管法技術(shù)，即PIT (Powder In Tube)技術(shù)。CTFF工藝需要昂貴的設(shè)備為基礎(chǔ)，而PIT工藝流程短，容易控制，是目前制備MgB2線帶材常采用的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，采用溶液包覆工藝制備C摻雜前驅(qū)粉體，選用金屬Nb-Ti復(fù)合管作為內(nèi)阻隔層制備單芯線材，二次復(fù)合體外包材料選用Cu-Ni合金管為外層穩(wěn)定體，中心采用Cu-Nb復(fù)合棒增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合拉拔和孔型軋制兩種加工技術(shù)制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟一、首先將無(wú)定形硼粉、純度為99%以上，-325目屑裝鎂粉、純度為99.8%，按照Mg:B =0.95:2的原子數(shù)比配料，混合均勻后，倒入預(yù)先配置的草酸乙醇溶液中，混合制得懸濁液，其溶液中草酸的用量為Mg和B混合粉末質(zhì)量的15-30%，質(zhì)量濃度為15-20%，將混合后的懸池液在200-300R/min的磁力攪拌器中攪拌30_60min,然后在磁力攪拌的同時(shí),對(duì)懸濁液進(jìn)行加熱，溫度控制在55-65°C，待懸濁液粘度明顯增大成混合漿體，致使磁力攪拌器無(wú)法進(jìn)行攪拌時(shí)，將混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中焙干，將焙干的粉末研磨后放入燒舟內(nèi)，再置于管式爐中進(jìn)行低溫分解處理，以0.5-rC /min的升溫速率至150-200°C，恒溫1-2小時(shí)，整個(gè)過(guò)程選用氬氣保護(hù)分解，將熱分解后的粉體研磨均勻后制得裝管前驅(qū)粉；
步驟二、將裝管前驅(qū)粉裝入經(jīng)過(guò)酸洗處理的Nb - Ti復(fù)合管中制得裝管復(fù)合體；
步驟三、將裝管復(fù)合體采用孔型軋制，加工成具有圓形截面或六邊形截面的單芯線材
(I)，對(duì)單芯線材(I)進(jìn)行定尺、截?cái)?、酸洗祛除表面氧化皮?br> 步驟四、對(duì)圓形或六邊形單芯線材進(jìn)行二次組裝成7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，二次組裝外包材料采用酸洗處理后的Cu-Ni合金管，7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用Cu-Nb復(fù)合棒(銅鈮復(fù)合棒)增強(qiáng)，Cu-Nb復(fù)合棒設(shè)置在Cu-Ni合金管中心，單芯線材均勻設(shè)置在Cu-Nb復(fù)合棒周圍，Cu-Nb復(fù)合棒(銅鈮復(fù)合棒)尺寸與其周圍的單芯線材尺寸相同，7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)拉拔和孔型軋制相結(jié)合的加工路線，制得多芯線材；
步驟五、將多芯線材兩端密封保護(hù)后置于管式爐中，在流通氬氣氣氛中進(jìn)行成相熱處理，熱處理溫度范圍為600-750 V，保溫時(shí)間為0.5-4小時(shí)，隨爐自然冷卻至室溫，最終獲得高機(jī)械性能和高臨界電流密度的溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。
[0008]步驟二中所述Nb-Ti復(fù)合管由外層0.3-0.5mm厚純鈮層和內(nèi)層0.8-1.0mm厚純Ti層兩部分組成，Nb-Ti復(fù)合管的外徑為10-12mm。
[0009]步驟三中所述裝管復(fù)合體采用孔型軋制為采用10-15%的道次加工率，經(jīng)過(guò)孔型軋制技術(shù)制得單芯線材，其中圓形單芯線材直徑為4-6_，六邊形單芯線材邊長(zhǎng)為2-3_。
[0010]步驟四中所述Cu-Ni合金管，Cu與Ni的質(zhì)量百分比為90-95:10-5，Cu-Ni合金管外徑為17-25mm，壁厚為2.5-3.5 mm。
[0011]步驟四中所述Cu-Nb復(fù)合棒在二次組裝前進(jìn)行700-740 1:真空退火，恒溫時(shí)間為40_60mino
[0012]本發(fā)明以In-situ PIT工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，采用溶液包覆工藝制備C摻雜前驅(qū)粉體，選用金屬Nb-Ti復(fù)合管作為內(nèi)阻隔層制備單芯線材，二次復(fù)合體外包材料選用Cu-Ni合金管為外層穩(wěn)定體，中心采用Cu-Nb復(fù)合棒(銅鈮復(fù)合棒)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合拉拔和孔型軋制兩種加工技術(shù)制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。本發(fā)明制備的C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材，可以在大規(guī)模輸配電、超強(qiáng)磁體、儲(chǔ)能、發(fā)電機(jī)、變壓器、磁懸浮列車等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。可以實(shí)現(xiàn)20K工作溫度下，1-3Τ醫(yī)療核磁共振成像(MRI)磁體的應(yīng)用。[0013]本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)還包括以下幾點(diǎn):
1、溶液包覆法可以保證摻雜C均勻分布，避免了 C的團(tuán)聚現(xiàn)象。分解產(chǎn)生的C活性高，在較低的溫度下就可以引入有效的釘扎中心，且較低的熱處理溫度能夠獲得較細(xì)的晶粒，而細(xì)小的晶粒有又利于提高線材的磁通釘扎力，從而滿足更高磁場(chǎng)條件下的使用要求。同時(shí)，熱處理溫度低可以降低B和Ti之間的擴(kuò)散反應(yīng)，避免了擴(kuò)散層的存在而導(dǎo)致的線材超導(dǎo)性能的降低。
[0014]2、溶液包覆法制備的混合物漿體在低溫(150_200°C)分解后，生成產(chǎn)物中含有大量的一氧化碳，而一氧化碳具有強(qiáng)的還原性，能夠?qū)⒎垠w中存在的微量三氧化二硼以及氧化鎂等氧化物雜質(zhì)還原為硼單質(zhì)和金屬鎂，自身被氧化為二氧化碳，脫離體系。對(duì)于MgB2超導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，低氧化物含量的前驅(qū)粉體更有利于獲得高臨界電流密度的超導(dǎo)線材。
[0015]3、選用Nb-Ti復(fù)合管同使用純鈮管相比，不但可以降低成本，而且強(qiáng)度較高的內(nèi)層Ti可以提高超導(dǎo)芯絲的致密度、界面平整度，更有利于提高線材的臨界電流密度和電流分布的均勻度，同時(shí)，外層的Nb的存在，可以避免熱處理過(guò)程中Cu和Ti之間由于擴(kuò)散導(dǎo)致的脆化現(xiàn)象。
[0016]4、中心銅鈮復(fù)合棒增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，很大程度上抑制了缺陷的產(chǎn)生和發(fā)展，且有利于提高芯絲的致密化程度、強(qiáng)化MgB2晶粒的連接性，從而提高多芯帶材的臨界電流密度。同時(shí)，無(wú)氧銅的存在可以將芯絲以及阻隔層產(chǎn)生的熱量很快傳遞到外部，從而對(duì)超導(dǎo)芯絲起到失超保護(hù)的作用。
[0017]5、外層包套材料選用Cu-Ni合金，不但可以保證多芯線材具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，同時(shí)由于其機(jī)械強(qiáng)度較高可以改善粉體的流動(dòng)性，并且使得多芯線材的機(jī)械強(qiáng)度增加，進(jìn)一步促進(jìn)了線材的實(shí)用化。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明第一種【具體實(shí)施方式】和第二種【具體實(shí)施方式】二次組裝得到的二次復(fù)合棒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明第三種【具體實(shí)施方式】和第四種【具體實(shí)施方式】二次組裝得到的二次復(fù)合棒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:1 一圓形單芯線材；2 —圓形銅銀復(fù)合棒；3 —Cu-Ni合金管；4一六邊形單芯線材；5—六邊形銅鈮復(fù)合棒。
[0021]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)制備過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述:
實(shí)施例1:
步驟一:首先將無(wú)定形硼粉(純度99%以上)，-325目球形鎂粉(純度99.8%)按照Mg:B=0.95:2的原子數(shù)比配料，混合均勻后，倒入預(yù)先配置的草酸乙醇溶液中，其溶液中草酸的用量為Mg和B混合粉末質(zhì)量的15%，草酸溶液的質(zhì)量濃度為15%。將混合后的懸濁液在200R/min的磁力攪拌機(jī)中攪拌60min,然后在磁力攪拌的同時(shí),對(duì)懸池液進(jìn)行加熱,溫度控制在55°C，待懸濁液粘度明顯增大，致使磁力攪拌器無(wú)法進(jìn)行攪拌時(shí)，將混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中50°C焙干，將焙干的粉末研磨后放入燒舟內(nèi)于管式爐中進(jìn)行低溫分解處理，以0.50C /min的升溫速率至150°C，恒溫2小時(shí)，整個(gè)分解過(guò)程選用氬氣保護(hù)。將熱分解后的粉體研磨均勻后制得裝管前驅(qū)粉。[0022]步驟二、將裝管前驅(qū)粉裝入經(jīng)過(guò)酸洗處理的Nb-Ti復(fù)合管中，并外敷無(wú)氧銅管，制得裝管復(fù)合體，其中Nb-Ti復(fù)合管由外層純Nb厚0.3mm,內(nèi)層純Ti厚1.0mm兩部分組成，且外徑為10mm。
[0023]步驟三、將裝管復(fù)合體采用10%的道次加工率，經(jīng)過(guò)孔型軋制技術(shù)制得圓形截面的圓形單芯線材1，其直徑為4_ ;對(duì)圓形單芯線材I按Im的長(zhǎng)度進(jìn)行定尺、截?cái)?、酸洗祛除表面氧化皮等操作?br> [0024]步驟四、對(duì)圓形單芯線材I進(jìn)行二次組裝，二次組裝外包材料采用酸洗處理后的Cu-Ni合金管，其中Cu與Ni的質(zhì)量百分比為90:10，合金管外徑為17mm，壁厚為2.5 mm，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)附圖1)，中心采用圓形Cu-Nb復(fù)合棒(圓形銅鈮復(fù)合棒)2增強(qiáng)(700°C真空退火60min)，其尺寸同圓形單芯線材I尺寸相同，銅:鈮質(zhì)量百分比為1:0.7。二次復(fù)合體首先采用15%的道次加工率，拉拔加工5個(gè)道次，再改用孔型軋制技術(shù)以10%的道次加工率加工10個(gè)道次，最后改用拉拔技術(shù)加工，道次加工率為10%，加工成直徑為
1.20mm多芯線材。
[0025]步驟五、將多芯線材兩端密封保護(hù)后置于管式爐中，通入300ml/min流通氬氣，4小時(shí)后，進(jìn)行成相熱處理，熱處理溫度范圍為600°C，升溫速率范圍10°C /min，保溫時(shí)間為4小時(shí)，自然冷卻至室溫，制得C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。
[0026]本實(shí)施例制備的C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材在20K，IT時(shí)，臨界電流密度/c達(dá)到4.6X 104A/cm2，機(jī)械強(qiáng)度中的 Rpa2 達(dá)到了 126MPa。
[0027]實(shí)施例2
步驟一:首先將無(wú)定形硼粉(純度99%以上)，-325目球形鎂粉(純度99.8%)按照Mg:B=0.95:2的原子數(shù)比配料，混合均勻后，倒入預(yù)先配置的草酸乙醇溶液中，其溶液中草酸的用量為Mg和B混合粉末質(zhì)量的30%，草酸溶液的質(zhì)量濃度為20%。將混合后的懸濁液在300R/min的磁力攪拌機(jī)中攪拌30min,然后在磁力攪拌的同時(shí),對(duì)懸池液進(jìn)行加熱,溫度控制在65°C，待懸濁液粘度明顯增大，致使磁力攪拌器無(wú)法進(jìn)行攪拌時(shí)，將混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中60°C焙干，將焙干的粉末研磨后放入燒舟內(nèi)于管式爐中進(jìn)行低溫分解處理，以1°C /min的升溫速率至200°C，恒溫I小時(shí)，整個(gè)分解過(guò)程選用氬氣保護(hù)。將熱分解后的粉體研磨均勻后制得裝管前驅(qū)粉。
[0028]步驟二、將裝管前驅(qū)粉裝入經(jīng)過(guò)酸洗處理的Nb-Ti復(fù)合管中，并外敷無(wú)氧銅管，制得裝管復(fù)合體，其中Nb-Ti復(fù)合管外層純Nb厚0.5mm,內(nèi)層純Ti厚0.8mm兩部分組成，且外徑為12mm。
[0029]步驟三、將裝管復(fù)合體采用15%的道次加工率，經(jīng)過(guò)孔型軋制技術(shù)制得圓形截面的圓形單芯線材1，其直徑為6_ ;對(duì)圓形單芯線材I按1.2m的長(zhǎng)度進(jìn)行定尺、截?cái)?、酸洗祛除表面氧化皮等操作?br> [0030]步驟四、對(duì)圓形單芯線材I進(jìn)行二次組裝，二次組裝外包材料采用酸洗處理后的Cu-Ni合金管，其中Cu與Ni的質(zhì)量百分比為95:5，合金管外徑為25mm，壁厚為3.5mm，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)附圖1)，中心采用圓形Cu-Nb復(fù)合棒(740°C真空退火40min)增強(qiáng)，其尺寸同圓形單芯線材尺寸相同，銅:鈮質(zhì)量百分比為1: 0.9。二次復(fù)合體首先采用20%的道次加工率，拉拔加工4個(gè)道次，再改用孔型軋制技術(shù)以15%的道次加工率加工8個(gè)道次，最后改用拉拔技術(shù)加工，道次加工率為15%，加工成直徑為1.60_多芯線材。[0031]步驟五、將多芯線材兩端密封保護(hù)后置于管式爐中，通入500ml/min流通氬氣，2小時(shí)后，進(jìn)行成相熱處理，熱處理溫度范圍為750°C，升溫速率范圍20°C /min，保溫時(shí)間為
0.5小時(shí)，自然冷卻至室溫，制得C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。
[0032]本實(shí)施例制備的C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材，在20K，IT時(shí)，臨界電流密度/c達(dá)到
3.3X 104A/cm2，機(jī)械強(qiáng)度中的Rpa2達(dá)到了 73MPa。
[0033]實(shí)施例3
步驟一:首先將無(wú)定形硼粉(純度99%以上)，-325目球形鎂粉(純度99.8%)按照Mg:B=0.95:2的原子數(shù)比配料，混合均勻后，倒入預(yù)先配置的草酸乙醇溶液中，其溶液中草酸的用量為Mg和B混合粉末質(zhì)量的20%，草酸溶液的質(zhì)量濃度為18%。將混合后的懸濁液在250R/min的磁力攪拌機(jī)中攪拌45min,然后在磁力攪拌的同時(shí),對(duì)懸池液進(jìn)行加熱,溫度控制在60°C，待懸濁液粘度明顯增大，致使磁力攪拌器無(wú)法進(jìn)行攪拌時(shí)，將混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中55°C焙干，將焙干的粉末研磨后放入燒舟內(nèi)于管式爐中進(jìn)行低溫分解處理，以1°C /min的升溫速率至180°C，恒溫I小時(shí)，整個(gè)分解過(guò)程選用氬氣保護(hù)。將熱分解后的粉體研磨均勻后制得裝管前驅(qū)粉。
[0034]步驟二、將裝管前驅(qū)粉裝入經(jīng)過(guò)酸洗處理的Nb -Ti復(fù)合管中(外層純鈮層厚
0.15mm)，并外敷無(wú)氧銅管，制得裝管復(fù)合體，其中Nb-Ti復(fù)合管由外層純Nb厚0.4mm，內(nèi)層純Ti厚0.9mm兩部分組成，且外徑為Ilmm。
[0035]步驟三、將裝管復(fù)合體采用12%的道次加工率，經(jīng)過(guò)孔型軋制技術(shù)制得六邊形截面的六邊形單芯線材4，其邊長(zhǎng)為2_ ;對(duì)六邊形單芯線材4按1.5m的長(zhǎng)度進(jìn)行定尺、截?cái)唷⑺嵯挫畛砻嫜趸さ炔僮鳌?br> [0036]步驟四、對(duì)六邊形單芯線材4進(jìn)行二次組裝，二次組裝外包材料采用酸洗處理后的Cu-Ni合金管，其中Cu與Ni的質(zhì)量百分比為92:8，Cu-Ni合金管外徑為18mm，壁厚為3_，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)附圖2)，中心采用六邊形Cu-Nb復(fù)合棒5增強(qiáng)(720°C真空退火50min)，其尺寸同六邊形單芯線材4相同，銅:鈮質(zhì)量百分比為1: 0.8。二次復(fù)合體首先采用18%的道次加工率，拉拔加工4個(gè)道次，再改用孔型軋制技術(shù)以12%的道次加工率加工8個(gè)道次，最后改用拉拔技術(shù)加工，道次加工率為12%，加工成直徑為1.40mm多芯線材。
[0037]步驟五、將多芯線材兩端密封保護(hù)后置于管式爐中，通入400ml/min流通氬氣，3小時(shí)后，進(jìn)行成相熱處理，熱處理溫度范圍為680°C，升溫速率范圍15°C /min,保溫時(shí)間為2小時(shí)，自然冷卻至室溫，制得C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。
[0038]本實(shí)施例制備的C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材在20K，IT時(shí)，臨界電流密度/c達(dá)到
4.3X 104A/cm2，機(jī)械強(qiáng)度中的 Rpa2 達(dá)到了 108MPa。
[0039]實(shí)施例4:
步驟一:首先將無(wú)定形硼粉(純度99%以上)，-325目球形鎂粉(純度99.8%)按照Mg:B=0.95:2的原子數(shù)比配料，混合均勻后，倒入預(yù)先配置的草酸乙醇溶液中，其溶液中草酸的用量為Mg和B混合粉末質(zhì)量的20%，草酸溶液的質(zhì)量濃度為20%。將混合后的懸濁液在260R/min的磁力攪拌機(jī)中攪拌45min,然后在磁力攪拌的同時(shí),對(duì)懸池液進(jìn)行加熱,溫度控制在60°C，待懸濁液粘度明顯增大，致使磁力攪拌器無(wú)法進(jìn)行攪拌時(shí)，將混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中50°C焙干，將焙干的粉末研磨后放入燒舟內(nèi)于管式爐中進(jìn)行低溫分解處理，以0.5°C /min的升溫速率至150°C，恒溫2小時(shí)，整個(gè)分解過(guò)程選用氬氣保護(hù)。將熱分解后的粉體研磨均勻后制得裝管前驅(qū)粉。
[0040]步驟二、將裝管前驅(qū)粉裝入經(jīng)過(guò)酸洗處理的Nb-Ti復(fù)合管中，并外敷無(wú)氧銅管，制得裝管復(fù)合體，其中Nb-Ti復(fù)合管外層純Nb厚0.3mm,內(nèi)層純Ti厚0.9mm兩部分組成，且外徑為10mm。
[0041]步驟三、將裝管復(fù)合體采用10%的道次加工率，經(jīng)過(guò)孔型軋制技術(shù)制得六邊形截面的六邊形單芯線材4，其邊長(zhǎng)為3_ ;對(duì)六邊形單芯線材4按Im的長(zhǎng)度進(jìn)行定尺、截?cái)?、酸洗祛除表面氧化皮等操作?br> [0042]步驟四、對(duì)六邊形單芯線材4進(jìn)行二次組裝，二次組裝外包材料采用酸洗處理后的Cu-Ni合金管，其中Cu與Ni的質(zhì)量百分比為92:8，合金管外徑為24mm，壁厚為2.5 mm,導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用I芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(見(jiàn)附圖2)，中心采用六邊形Cu-Nb復(fù)合棒5增強(qiáng)(700°C真空退火60min)，其尺寸同六邊形單芯線材4相同，銅:鈮質(zhì)量百分比為1: 0.8。二次復(fù)合體首先采用15%的道次加工率，拉拔加工5個(gè)道次，再改用孔型軋制技術(shù)以10%的道次加工率加工10個(gè)道次，最后改用拉拔技術(shù)加工，道次加工率為10%，加工成直徑為1.50mm多芯線材。
[0043]步驟五、將多芯線材兩端密封保護(hù)后置于管式爐中，通入350ml/min流通氬氣，4小時(shí)后，進(jìn)行成相熱處理，熱處理溫度范圍為700°C，升溫速率范圍10°C /min，保溫時(shí)間為I小時(shí)，自然冷卻至室溫，制得C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。
[0044]本實(shí)施例制備的C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材在20K，IT時(shí)，臨界電流密度/c達(dá)到3.6X 104A/cm2，機(jī)械強(qiáng)度中的Rpa2達(dá)到了 95MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、首先將無(wú)定形硼粉、純度為99%以上，-325目屑裝鎂粉、純度為99.8%，按照Mg:B =0.95:2的原子數(shù)比配料，混合均勻后，倒入預(yù)先配置的草酸乙醇溶液中，混合制得懸濁液，其溶液中草酸的用量為Mg和B混合粉末質(zhì)量的15-30%，質(zhì)量濃度為15-20%，將混合后的懸池液在200-300R/min的磁力攪拌器中攪拌30_60min,然后在磁力攪拌的同時(shí),對(duì)懸濁液進(jìn)行加熱，溫度控制在55-65°C，待懸濁液粘度明顯增大成混合漿體，致使磁力攪拌器無(wú)法進(jìn)行攪拌時(shí)，將混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中焙干，將焙干的粉末研磨后放入燒舟內(nèi)，再置于管式爐中進(jìn)行低溫分解處理，以0.5-rC /min的升溫速率至150-200°C，恒溫1-2小時(shí)，整個(gè)過(guò)程選用氬氣保護(hù)分解，將熱分解后的粉體研磨均勻后制得裝管前驅(qū)粉； 步驟二、將裝管前驅(qū)粉裝入經(jīng)過(guò)酸洗處理的Nb - Ti復(fù)合管中制得裝管復(fù)合體； 步驟三、將裝管復(fù)合體采用孔型軋制，加工成具有圓形截面或六邊形截面的單芯線材(I )，對(duì)單芯線材(I)進(jìn)行定尺、截?cái)唷⑺嵯挫畛砻嫜趸ぃ? 步驟四、對(duì)圓形或六邊形單芯線材進(jìn)行二次組裝成7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，二次組裝外包材料采用酸洗處理后的Cu-Ni合金管，7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用Cu-Nb復(fù)合棒增強(qiáng)，Cu-Nb復(fù)合棒設(shè)置在Cu-Ni合金管中心，單芯線材均勻設(shè)置在Cu-Nb復(fù)合棒周圍，Cu-Nb復(fù)合棒尺寸與其周圍的單芯線材尺寸相同，7芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)拉拔和孔型軋制相結(jié)合的加工路線，制得多芯線材； 步驟五、將多芯線材兩端密封保護(hù)后置于管式爐中，在流通氬氣氣氛中進(jìn)行成相熱處理，熱處理溫度范圍為600-750 V，保溫時(shí)間為0.5-4小時(shí)，隨爐自然冷卻至室溫，最終獲得高機(jī)械性能和高臨界電流密度的溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述Nb-Ti復(fù)合管由外層0.3-0.5mm厚純鈮層和內(nèi)層0.8-1.0mm厚純Ti層兩部分組成，Nb-Ti復(fù)合管的外徑為10-12mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟三中所述裝管復(fù)合體采用孔型軋制為采用10-15%的道次加工率，經(jīng)過(guò)孔型軋制技術(shù)制得單芯線材，其中圓形單芯線材直徑為4-6mm，六邊形單芯線材邊長(zhǎng)為2-3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述Cu-Ni合金管，Cu與Ni的質(zhì)量百分比為90-95:10-5，Cu-Ni合金管外徑為17-25mm，壁厚為2.5-3.5 mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述Cu-Nb復(fù)合棒在二次組裝前進(jìn)行700-740 1:真空退火，恒溫時(shí)間為 40-60min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溶液包覆法制備C摻雜多芯MgB2超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述Nb-Ti復(fù)合管外敷無(wú)氧銅管。
【文檔編號(hào)】H01B13/00GK103956221SQ201410207563
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】白質(zhì)明, 李成山, 黃崇祺, 房權(quán)生, 龐玉春, 鄒紅飛, 徐云海 申請(qǐng)人:寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司