包括連續(xù)合成的鋁化鈦金屬間體復合線材的電力輸送電纜的制作方法
【專利摘要】一種制造線材的方法，所述線材包含在鋁化鈦金屬間體材料的全致密基體中原位形成的氧化鋁顆粒，所述方法通過鋁和氧化鈦的燃燒合成和隨后進行的熱機械成型。燃燒前的鋁可以是單質的、或是含有元素釩、鈮、鉬或硼中的一種或多種的鋁合金。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案是包括多個根據(jù)本發(fā)明制造的線材的電力輸送電纜。
【專利說明】包括連續(xù)合成的鋁化鈦金屬間體復合線材的電力輸送電纜
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及制造在完全致密的招化鈦金屬間體(intermetaillic)的基體中均一分布的、原位形成的氧化鋁顆粒的線材(wire)形式的燃燒合成的復合材料的方法。
【背景技術】
[0002]鋁化鈦金屬間體基體復合物(TA-MC)材料提供相比常規(guī)合金和其他復合材料優(yōu)異的性質。TA-1MC材料具有低密度(3.4-3.7g/cc)、高彈性模量(170-210GPa)、高耐磨性和高達900°C的操作溫度。相比常規(guī)的鋼和鋁合金，TA-1MC材料提供較大的比強度和比彈性模量。相比常規(guī)的連續(xù)纖維復合物，例如陶瓷纖維增強的鋁和碳、或玻璃纖維增強的聚合材料，TA-1MC材料由于其各向同性的性質提供顯著更大的延展性和極佳的橫向性質。相比這些其他的常規(guī)材料，TA-1MC材料還提供顯著更高的操作溫度，并且不易受與聚合復合物相關的環(huán)境問題，例如由暴露于濕氣、熱和紫外輻射所致的腐蝕、降解和分層的影響。[0003]金屬間體是一種金屬合金，其中至少兩種組分金屬的組成被認為是中間范圍，產(chǎn)生通過兩種金屬原子類型的有序結構形成的固相結晶材料。最常用的鋁化鈦金屬間固相為TiAl, 11么13和Ti3Al,并且由于其優(yōu)良的機械性能，優(yōu)選的相為TiAl。取決于組成，為主的TiAl金屬間體還可以含有痕量的TiAl3和Ti3Al。TiAl金屬間相通常由希臘字母Y表示。將其中鈦為該組合物大約20-80重量％的相視為中間范圍，并且最優(yōu)選的是59-65重量％的鈦的組合物。鋁化鈦金屬間體復合材料由鋁化鈦金屬間基體組成，鋁化鈦金屬間基體通過一些其他材料，通常是陶瓷或金屬氧化物，例如氧化鋁(Al2O3，鋁氧)增強。增強材料可以呈顆粒、短纖維或晶須、或連續(xù)纖維的形式?？梢酝ㄟ^鋁(Al)和二氧化鈦(TiO2，鈦氧化物(titania))燃燒反應而得到TiAl和氧化鋁，來生產(chǎn)含有原位形成的氧化鋁顆粒的鋁化鈦金屬間體復合材料。鋁和鈦氧化物之間的燃燒合成反應已知起始于大于850°C的溫度。
[0004]盡管它們有許多優(yōu)點，但已知TA-MC材料的缺陷阻礙它們在許多工程得到應用。在完全致密的形式中，主體TA-MC材料的機械和物理性質是優(yōu)異的；然而，由于在燃燒合成反應期間鋁和鈦氧化物轉變?yōu)殇X化鈦和氧化鋁所導致的晶體致密化，所以會產(chǎn)生大量的空隙內(nèi)容物或孔隙。所得的空隙內(nèi)容物對TA-MC材料的機械和物理性質具有顯著不利的影響，使其以該狀態(tài)不可用于實際的工程應用。消除燃燒合成的TA-MC材料中的孔隙的已知方法是制造陶瓷預成型體，其含有與堿金屬鈦酸鹽，例如化學式為Li2TiO3的鈦酸鋰的顆粒組合的鈦氧化物顆粒。然后，用熔融鋁滲透剛性且多孔的陶瓷預成型體而形成燃燒前的材料。在遠高于鋁的熔融溫度的溫度下自發(fā)地發(fā)生后續(xù)燃燒合成反應期間，鈦酸鋰被熔融鋁化學還原而形成化學式為LiAlO2的鋁酸鋰。該方法產(chǎn)生比鈦酸鋰的密度更低的鋁酸鋰密度導致的體積膨脹，其進而在燃燒合成期間以足以消除空隙形成的程度抵消鋁化鈦的致密化。然而，堿金屬，例如鋰已知是高腐蝕性的，并且含有堿金屬的TA-MC材料不能經(jīng)受與電能輸送電纜相關的高電壓、高應力和高溫條件。此外，通過包含剛性且多孔的陶瓷預成型體的燃燒前的材料生產(chǎn)TA-MC材料的方法完全不適于線材的連續(xù)制造。
[0005]雖然鋁化鈦金屬間合金是已知的，但由于生產(chǎn)合金所需的鈦金屬和冶金工藝的高成本,就制備用于電力輸送電纜的線材而言,這些材料成本過高。相反,燃燒合成的TA-MC材料是使用低能量、低成本工藝，并利用鋁金屬和鈦氧化物形式的低成本原料來生產(chǎn)的。
[0006]鑒于上文所述，存在對于完全致密的TA-MC材料的需求，所述材料使用低成本工藝和低成本原料，但不使用剛性的陶瓷預成型體或堿金屬鈦酸鹽來生產(chǎn)，并且其在高電壓、高應力和高溫條件下具有極佳的機械和物理性質。特別地，存在對用于電能輸送電纜的TA-MC線材的需求，所謂線材在負載條件下不具有長期腐蝕和降解的問題，并且可抵御不利的環(huán)境要素，例如濕氣和紫外輻射。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明涉及燃燒合成的TA-1MC材料的線材。本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案涉及從包含單質鋁和氧化鈦(鈦氧化物)的燃燒前原料連續(xù)燃燒合成TA-1MC，然后進行熱機械成型以消除在燃燒合成的TA-MC材料中發(fā)現(xiàn)的固有孔隙，從而形成完全致密的TA-MC線材。包含單質鋁和鈦氧化物顆粒的原料自身呈可以通過常規(guī)方式生產(chǎn)的線材形式。原料鈦氧化物顆粒可以具有TiO、TiO2, Ti2O3或它們的任何組合的化學組成。
[0008]在本發(fā)明中，原料被連續(xù)進料至封閉(enclosed)腔室或反應器中，其中包括加熱裝置以充分加熱一部分連續(xù)進料的原料，從而引發(fā)T1-Al燃燒合成反應。維持進料機構的速度，使得原料中的燃燒前部(combustion front)在反應器的范圍內(nèi)維持封閉。因為T1-Al合成反應是放熱的，所以僅需要施加連續(xù)保持燃燒反應所需的額外熱量。所述反應器腔室可以含有空氣或惰性氣體的氣氛，或可以在燃燒點處，在原料線材的周圍施加真空。當燃燒合成的TA-MC線材離開反應器時，可以施加對于保持熱機械成型的最佳的理想溫度所需的額外熱量。
[0009]在離開反應器腔室時，將熱的TA-MC線材拉伸通過一個或多個線材成型模頭(die)，使得其直徑充分降低以消除空隙內(nèi)容物，賦予T1-Al晶粒結構的軸向伸長和均一取向的、原位形成的氧化鋁顆粒，從而實現(xiàn)沿線材的連續(xù)長度的理想機械性質。在高于1150°C的溫度下，Y相鋁化鈦將部分轉化為α相鋁化鈦，并可能轉化為一些亞穩(wěn)定的β相鋁化鈦，兩者均可提高材料的熱加工性。此外，可以通過向燃燒前的原料添加各種合金元素而增加在最佳熱機械加工溫度下存在的α和β相的相對豐度，從而使得在燃燒合成后的金屬間合金中，這些元素小于5重量％。這些合金元素包括釩(V)、銀(Nb)、鑰(Mo)和硼(B)。最后，本發(fā)明涉及多個所述線材以形成組裝的電力輸送電纜的增強芯體。
[0010]本發(fā)明的TA-MC線材可用于許多應用。該線材由于其低重量、高強度、高彈性模量、良好電導率、低熱膨脹系數(shù)、高操作溫度、耐腐蝕性和高延展性的組合，所以用于電力輸送電纜是特別理想的。用于電力輸送電纜的本發(fā)明的TA-MC線材的技術益處和總體實用性是電纜性能對整個發(fā)電、傳輸和分配系統(tǒng)所具有的顯著影響的結果。
[0011]電力輸送系統(tǒng)的設計主要由電力輸送電纜和支撐結構組成。通過電纜的密度、電纜的數(shù)量和電纜的長度或跨度確定支撐結構所需的承載容量。特別地，所述跨度是由電纜連接的兩個相鄰結構之間的直線距離。對于規(guī)定的電壓和安培數(shù)的一定的電力輸送系統(tǒng)設計，包括TA-MC線材的電力輸送電纜具有比包括鋼絲芯體的常規(guī)電纜更低的密度。此外，包括TA-MC線材的電纜比包括鋼絲的常規(guī)電纜的熱膨脹性更低，這導致在一定的操作溫度下較少的電纜下垂度。在支撐結構的設計中，較低密度的電纜使得可以使用較低負載容量的結構，并且較低的下垂程度使得可以使用較低高度的結構，這兩者均降低結構成本，從而向總電力輸送系統(tǒng)提供巨大的經(jīng)濟益處。
[0012]具有較高單位重量的強度，并組合增加的傳導率、較低的熱膨脹性和高延展性的本發(fā)明電力輸送電纜提供比常規(guī)的鋼或復合纖維電纜所可能的更長的電纜跨度的安裝能力，并且較低高度和較低機械負載容量的電纜支撐塔也是可能的。此外，根據(jù)本發(fā)明的TA-1MC線材的高延展性使得可以使用標準安裝工具和接頭，并且避免已知對于連續(xù)纖維型復合材料電纜所出現(xiàn)的增強芯體的災難性脆性損壞。此外，本發(fā)明TA-1MC線材的高電導率和低電阻率改進導體電纜的電氣性質和性能，并且起到減少電損耗的作用，從而使為補償這種損耗而額外發(fā)電的需求最小化。
[0013]當與本領域已知的其他低密度的電力輸送電纜(主要是包括連續(xù)纖維復合型線材的芯體的電纜)相比時，包含TA-MC線材芯體的本發(fā)明電纜提供額外的優(yōu)點。主要地，連續(xù)纖維復合型線材不顯示出沿線材縱向的延展性，因此已知易于發(fā)生突然的、災難性的損壞。與連續(xù)纖維型復合材料不同，TA-MC材料一般為各向同性，并且在所有方向上都顯示出延展性和強度。在本發(fā)明的熱-機械線材拉伸工藝期間發(fā)生的TA-MC材料的晶粒伸長起到使線材縱向上的材料強度最大化的作用。因為TA-1MC線材的各向同性和高延展性，包括這種線材的芯體的電力輸送電纜可以使用相同于包括鋼絲的芯體的電纜所用的標準工具來接合和安裝。
[0014]從上述公開內(nèi)容和本發(fā)明優(yōu)選實施方案的以下更詳細的說明中，本領域的技術人員將清楚本發(fā)明提供金屬間體復合線材和電力輸送電纜的技術的顯著進步。為此特別重要的是，由于TA-1MC線材的低密度、高強度、高彈性模量和低熱膨脹系數(shù)，本發(fā)明可以提供能夠在相比用鋼絲增強的常規(guī)電力輸送電纜更高的溫度下操作的輕重量的電力輸送電纜。本領域技術人員還將清楚相比其他復合材料，由于該線材的高延展性、耐久性和耐腐蝕性和環(huán)境降解性，本發(fā)明提供了顯著優(yōu)點。從以下提供的詳細描述將更好地理解各優(yōu)選實施方案的其他特征和益處。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1顯示連續(xù)生產(chǎn)包含燃燒合成的鋁化鈦金屬間基體復合物(TA-MC)材料的線材的設備。
[0016]圖2a、2b、2c和2d是包括含有TA-MC材料的一個或多個線材的增強芯體的電力輸送電纜的實施方案的橫截面圖。
[0017]圖3是包括多個TA-MC線材的電力輸送電纜的實施方案的橫截面圖。
[0018]圖4顯示從鈦氧化物和鋁制備原料的步驟，其包括混合鈦氧化物與熔融鋁和連續(xù)澆注原料的步驟。
[0019]圖5顯示連續(xù)澆注成線材形式的原料的橫截面，其說明其中的鈦氧化物顆粒的均一分布。
【具體實施方式】 [0020]本發(fā)明的顆粒增強的鋁化鈦金屬間體復合物(TA-MC)包含包封在主要為Y-相鋁化鈦金屬間體的基體中的、原位形成的氧化鋁(Al2O3)顆粒，其通過在高于850°C的溫度下進行的熱-引發(fā)的自持性放熱反應，在以TiO、TiO2或Ti2O3形式的鈦氧化物顆粒和以非合金的單質鋁或含有一種或多種合金元素釩(V)、鈮(Nb)、鑰(Mo)和硼(B)的鋁合金形式的鋁之間合成，其用量使得上述合金元素的組合重量％構成小于5重量％的鈦氧化物和鋁的燃燒前混合物。
[0021]本發(fā)明的TA-MC線材通過以下方式生產(chǎn):將如本文下述所配制的原料引入燃燒合成反應器，加熱原料以引發(fā)自傳播放熱化學反應，從而從原料合成TA-1MC，接合第一機械傳送裝置以將原料以一定速率傳送至燃燒合成反應器，使得原料中的反應邊界在燃燒合成反應器內(nèi)維持封閉，通過第二加熱裝置按需施加額外熱量，以在其排出燃燒合成反應器之后保持合成的TA-MC的溫度為至少1150°C的最佳熱工作溫度，和接合第二機械傳送裝置以將燃燒合成的TA-1MC拉伸通過單個或一系列線材拉伸模頭，從而減小橫截面直徑，同時使晶粒結構縮小并伸長，以形成連續(xù)線材形狀的完全致密的TA-MC。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)選實施方案需要通過將純鋁或合金鋁與一種或多種形式的鈦氧化物組合而生產(chǎn)的燃燒前的原料。由于其成本低，TiO2形式的鈦氧化物是優(yōu)選的，并且當與純鋁組合時，根據(jù)以下反應進行TA-1MC的燃燒合成:
[0023]3Ti02{s}+7Al{l} — 3TiAl {s}+2A1203 {s}公式(I)
[0024]其中{1}表示液相，并且{s}表示固相。 [0025]公式(I)中所示的反應已知在850°C的溫度下發(fā)生。根據(jù)反應的化學計量，基于
4.23g/cc的TiO2密度和2.70g/cc的純鋁密度，完全反應所有鋁所需的燃燒前的材料中TiO2的體積分數(shù)(V ;)為44.7%。各種方法可以用以生產(chǎn)鋁和鈦氧化物的燃燒前的原料混合物，包括用熔融鋁滲透多孔的鈦氧化物預成型體，混合鈦氧化物和鋁粉、以及將混合物壓縮或擠壓成具有所需形狀的原料，或通過將鈦氧化物顆粒直接引入熔融鋁，并連續(xù)澆注以例如圓柱、棒或線材的連續(xù)形狀的形式的原料。
[0026]根據(jù)公式(I)，氧化鋁也是燃燒合成反應的產(chǎn)物。對公式⑴的燃燒合成反應理想的是產(chǎn)生均一分布在燃燒合成的TiAl材料中的均一大小的顆粒形式的氧化鋁。直徑小于10微米(μ m)的氧化招顆粒對TiAl金屬間體復合物的機械性能是有利的，小于I μ m的粒徑是優(yōu)選的，并且小于50納米(nm)是最優(yōu)選的。本發(fā)明中已發(fā)現(xiàn)，鈦氧化物的粒徑和制備原料時混合鈦氧化物顆粒與鋁的方式影響燃燒合成的TA-1MC基體中的原位形成的氧化鋁顆粒的粒徑和粒徑分布。
[0027]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，理想的是使引入原料混合物中的氧化的鋁表面的量最小化，這是因為這種氧化導致在最終的TA-MC中具有不理想的粒徑(即大于10 μ m)的氧化鋁顆粒。因此，生產(chǎn)燃燒前原料的優(yōu)選方法是將優(yōu)選粒徑的鈦氧化物顆粒直接混合入熔融鋁中。直徑小于30微米(μπι)的鈦氧化物顆粒是有利的，小于3μπι的粒徑是優(yōu)選的，并且小于0.3μπι是最優(yōu)選的。純鋁的熔融溫度為660°C，因此，熔融鋁應該處于660°C至850°C的溫度范圍，優(yōu)選范圍為680°C至780°C，并且最優(yōu)選范圍為700°C至720°C。在該溫度范圍內(nèi)，可以將優(yōu)選粒徑的鈦氧化物顆粒混合入熔融鋁，而不引發(fā)TA-MC燃燒反應。此外，將溫度維持在高于鋁的熔點，且在TA-MC燃燒合成反應的引發(fā)溫度以下使得可均勻且一致地分散熔融鋁中的鈦氧化物顆粒，其在連續(xù)澆注成原料線材的優(yōu)選形式時，產(chǎn)生鈦氧化物顆粒均勻分布的燃燒前的原料線材。原料中鈦氧化物顆粒分布的均勻性和均一性產(chǎn)生在燃燒合成反應期間將原位形成的具有理想粒徑的固相Al2O3顆粒。[0028]圖4顯示本發(fā)明的制備原料的優(yōu)選方法，其包括以下步驟:將鋁加熱至高于其熔點的700°C至720°C的優(yōu)選溫度[44]，引入優(yōu)選粒徑的鈦氧化物顆粒[45]，混合以確保鈦氧化物顆粒的均勻分布[46]、以及連續(xù)澆注[47]以產(chǎn)生連續(xù)的圓柱形或線形的原料[48]。
[0029]圖5顯示原料[49]的橫截面，顯示出其中鈦氧化物顆粒[50]的均一分布。
[0030]在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，在制備燃燒前原料期間或之后將合金元素加入鋁，這是因為已發(fā)現(xiàn)，通過添加本文特定的某些合金元素改進燃燒后合成的TA-MC在高于900°C的溫度下的熱加工性。熱加工性的改進是從Y相TiAl至α和β相的固態(tài)相變的結果。在用于熱機械加工的1150°C的優(yōu)選溫度下，Y相鋁化鈦轉化為α相鋁化鈦和一些亞穩(wěn)定的β相鋁化鈦，所述α和β相均提高材料的熱加工性。此外，通過向原料中所用鋁添加釩(V)、鈮(Nb)、鑰(Mo)和硼(B)中的一種或多種合金元素，增加在優(yōu)選的熱-機械加工溫度下存在的α和β相的相對量，這些元素在原料中小于5重量％。
[0031]在圖1所示的本發(fā)明優(yōu)選實施方案中，使用機械傳送裝置10將連續(xù)線材形式的含有鈦氧化物、鋁和任何理想的合金元素的固相燃燒前原料12引入封閉腔室或反應器，其中根據(jù)公式(1)發(fā)生燃燒合成反應。在優(yōu)選實施方案中，將燃燒前原料12豎直朝下地進料通過孔而送入反應器14的頂部。
[0032]該反應器包括封閉容器，其具有中心腔室16，所述中心腔室具有根據(jù)其中軸定位的用于引入原料12和抽出燃燒合成的TA-MC26的上部孔14和下部孔18。反應器腔室16中所包括的是加熱裝置24和隔熱裝置，所述隔熱裝置呈位于中心的中空包裹(containment)圓柱20的形式，其用于保持放熱的燃燒合成反應產(chǎn)生的熱量。當新原料被進料入反應器時，加熱裝置24起到引發(fā)和連續(xù)保持燃燒合成反應的作用。熱源可以為任何常規(guī)類型，并且在優(yōu)選實施方案中，熱源能夠狹窄地將熱能聚焦在原料上或其內(nèi)的一點處，熱源例如是電阻加熱元件、微波發(fā)射器、電弧或等離子體弧、或感應裝置。包裹圓柱20包含非反應性的高溫陶瓷耐火材料，例如氧化鋁或氧化鋯，其被設計成使得包裹圓柱的內(nèi)徑與原料的外徑相似，從而使得原料可以最少的摩擦通過包裹圓柱。該反應器包括用于控制反應器內(nèi)的氣氛的額外裝置，并構造成使得反應器腔室內(nèi)的氣氛可以是環(huán)境空氣或惰性氣體，或使得反應器腔室可以被抽空22。在優(yōu)選實施方案中,腔室氣氛為惰性氣體氣氛,并且最優(yōu)選的氣體為氬氣。反應器腔室內(nèi)的惰性氣體氣氛的目的是使來自燃燒合成反應期間被引入TA-MC材料的環(huán)境氣氛的污染的可能性最小化，并特別地為了防止環(huán)境氧氣影響氧化鋁的粒徑。雖然在圖1的優(yōu)選實施方案中顯示出反應器的豎直取向，但反應器取向并不限于任何特定的取向。
[0033]將原料引入圖1所示的反應器中，施用熱源24將固定原料的不連續(xù)部分加熱至高于850°C的溫度，從而引發(fā)根據(jù)公式I的燃燒合成反應，產(chǎn)生連續(xù)線材形式的TA-MC反應產(chǎn)物。當燃燒合成反應前部沿豎直取向的原料的長度朝上移動時，接合第一傳送裝置10，使得新原料以等于燃燒反應前部行進通過原料的速率連續(xù)引入反應器中，使得燃燒反應前部保持在反應器內(nèi)的固定位置。
[0034]在圖1中所示的優(yōu)選實施方案中，在燃燒合成的TA-MC離開反應器之后向其施加熱機械處理，以將其體積減小11%或更多，消除孔隙性，并且伸長鋁化鈦金屬間基體的晶粒，從而產(chǎn)生高拉伸強度的完全致密的TA-MC線材。在燃燒合成的TA-MC材料排出反應器之后，通過第二 加熱裝置(未顯示)將其加熱到至少1150°C，并同時在此溫度下通過穿過單個線材拉伸模頭或一系列線材拉伸模頭30的第二機械傳送裝置34將其拉伸。各線材拉伸模頭30包括錐形孔32，TA-MC材料被拉伸穿過錐形孔32?？?2的最小直徑必須小于被拉伸穿過孔32的TA-1MC線材的直徑，以限制并減少線材的橫截面積。在優(yōu)選實施方案中，使用一系列模頭30，各連續(xù)模頭具有直徑逐漸變小的直徑孔32，從而可以實現(xiàn)TA-MC線材的理想直徑，而在模頭中的最大材料應變點處不超過TA-1MC線材的最大強度。根據(jù)線材理想的最終直徑、所有空隙內(nèi)容物的去除和理想的晶粒伸長而選擇原料的直徑。確定系列中的各個模頭的最小孔直徑和模頭的數(shù)量，以使得TA-MC材料在其最佳的熱工作溫度下塑性變形，使得各模頭施加至線材的機械應力量插入TA-MC材料的屈服強度和極限強度之間。
[0035]如上所述，當用于電力輸送電纜時，本發(fā)明的TA-MC線材提供顯著的益處。在一個實施方案中，電力輸送電纜包括由一個或多個本發(fā)明的TA-1MC線材形成的導電芯體。該芯體被多個鋁或鋁合金的線材包裹。許多電纜芯體和包裹構造是電纜領域已知的。例如，如圖2a中顯示的電纜的橫截面所示，電力輸送電纜的一個實施方案可以是I個TA-MC線材38a的芯體36%其由18個鋁或鋁合金的線材42a包裹40a。本發(fā)明的一個可選實施方案，如圖2b顯示的電力輸送電纜的橫截面所示，其中電力輸送電纜包括7個TA-MC線材38b的芯體36b，芯體36b* 12個鋁或鋁合金線材的40b包裹。圖2c顯示本發(fā)明的第三實施方案，其顯示各種電纜構造變化中的一個，其包括7個TA-MC線材38。的芯體36%芯體36。由30個的鋁或鋁合金線材42e包裹40e。最后，圖2d顯示包括一種電力輸送電纜，其包括19個TA-1MC線材38d的芯體36d，芯體36d由18個鋁或鋁合金的線材42d包裹40d。TA-1MC線材相對于整個電纜的重量百分比將取決于電纜設計所需的總電氣特性。電纜的包裹線材可以是電力輸送電纜領域已知的各種材料的任一種，其包括但不限于1350A1合金或6201A1合金。在本發(fā)明的另一個實施方案中，如圖3所不,可以構建包括多個TA-1MC線材44的電力輸送電纜。
[0036]工業(yè)應用性
[0037]根據(jù)本發(fā)明制造的線材提供優(yōu)于電力輸送電纜中所用的常規(guī)線材的顯著優(yōu)點，其中需要單獨的高強度、高彈性模量、延展性、高操作溫度、電導率和低熱膨脹性或它們的組
入
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【權利要求】
1.一種制造線材的方法，所述線材包含在完全致密的、燃燒合成的鋁化鈦基體中原位形成的氧化鋁顆粒，所述方法包括以下步驟: a.混合鈦氧化物顆粒與熔融鋁以形成原料； b.將所述原料成型為連續(xù)線材形式的固體形狀； c.接合第一機械傳送裝置，以將所述原料通過第一開口引入氣氛受控的隔熱的封閉腔室，所述腔室設有包含在其中的第一加熱裝置； d.通過所述第一加熱裝置向所述原料施加熱量，其量足以弓丨發(fā)并維持鋁化鈦的燃燒合成反應，從而產(chǎn)生連續(xù)線材形式的燃燒合成的鋁化鈦反應產(chǎn)物； e.通過所述腔室外部的第二加熱裝置施加熱量，使得所述燃燒合成的鋁化鈦線材在其通過第二開口離開所述腔室之后被加熱到至少1150°C ;和 f.使所述加熱的燃燒合成的鋁化鈦線材通過插入在所述腔室和第二機械傳送裝置之間的一個或多個線材拉伸模頭，所述第一和第二機械傳送裝置的速度之間的關系受到控制，使得所述燃燒合成反應的反應前部維持在所述腔室內(nèi)，并且通過經(jīng)過所述模頭將足夠的力施加至所述燃燒合成的鋁化鈦線材，以將其橫截面減小至想要的直徑。
2.權利要求1的方法，其中使直徑小于30微米的TiO2形式的鈦氧化物顆粒在700至720°C溫度下與熔融鋁混合，以產(chǎn)生步驟(a)的原料。
3.權利要求1的方法，其中步驟(a)的原料包含44.1-44.6重量％的鋁和55.4-55.9重量％的TiO2。
4.權利要求1的方法，其中步驟(a)的原料包含41.1-41.6重量％的鋁、53.4-53.9重量％的TiO2和濃度為4.5-5.0重量％的釩、鈮、鑰和硼中的一種或多種元素。
5.權利要求1的方法，其中步驟(c)的腔室中的氣氛為氬氣。
6.一種制造線材的方法，所述線材包含在完全致密燃燒合成的鋁化鈦基體中原位形成的氧化鋁顆粒，所述方法包括以下步驟: a.在700-720°C的溫度下混合53.4-53.9重量％的直徑小于30微米的TiO2顆粒、41.1-41.6重量％的鋁和濃度為4.5-5.0重量％的釩、鈮、鑰和硼中的一種或多種元素以形成原料； b.將所述原料成型為連續(xù)線材形式的固體形狀； c.接合第一機械傳送裝置，以將所述原料通過第一開口引入隔熱的封閉腔室，該腔室含有氬氣氣氛，并設有包含在其中的第一加熱裝置； d.通過所述第一加熱裝置向所述原料施加熱量，以實現(xiàn)并維持至少850°C的溫度，以引發(fā)并保持鋁化鈦的燃燒合成反應，由此以連續(xù)線材的形式生產(chǎn)燃燒合成的鋁化鈦反應產(chǎn)物； e.通過所述腔室外部的第二加熱裝置施加熱量，使得所述燃燒合成的鋁化鈦線材在其通過第二開口離開所述腔室之后維持在至少1150°C的溫度下；和 f.使所述加熱的燃燒合成的鋁化鈦線材通過插入所述腔室和第二機械傳送裝置之間的一個或多個線材拉伸模頭，所述第一 和第二機械傳送裝置的速度之間的關系受到控制，使得所述燃燒合成反應的反應前部維持在所述腔室內(nèi)，并且通過經(jīng)過所述模頭將足夠的力施加至所述燃燒合成的鋁化鈦線材，以將其橫截面減小至少11%至想要的直徑。
7.一種根據(jù)權利要求6制造的線材，其包括在完全致密的、燃燒合成的鋁化鈦基體中原位形成的氧化鋁顆粒。
8.權利要求7的線材，其中原位形成的氧化鋁顆粒的直徑小于1微米。
9.一種電力輸送電纜, 其包括一個或多個權利要求8的線材。
10.權利要求9的電力輸送電纜,其包括外部導體層。
【文檔編號】C22C14/00GK103917676SQ201280008974
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年1月17日 優(yōu)先權日:2011年1月15日
【發(fā)明者】S·R·霍洛韋 申請人:S·R·霍洛韋