專利名稱：一種芯部增強(qiáng)多芯MgB₂超導(dǎo)線/帶材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線 /帶材的制備方法。
背景技術(shù)：
2001年發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度(T。)為39K的MgB2超導(dǎo)材料，由于它具有成本 低廉、相干長度大、不存在晶界弱連接等特點(diǎn)，可以在液氫溫區(qū)就實現(xiàn)其應(yīng)用，而傳統(tǒng)低溫 超導(dǎo)體在這一溫區(qū)無法工作，液氫溫區(qū)通過制冷機(jī)就能容易獲得而無需昂貴的液氦。因此 綜合制冷成本和材料成本，MgB2超導(dǎo)材料在IOK 20K、1T 3T的磁場范圍內(nèi)應(yīng)用具有很 明顯的技術(shù)優(yōu)勢，有希望在這一工作區(qū)域替代傳統(tǒng)的低溫和氧化物高溫超導(dǎo)材料。2006年 底，意大利PARAMED公司成功研制全球第一臺由制冷機(jī)冷卻、基于MgB2超導(dǎo)材料的0. 5T磁 共振成像儀(MRI)樣機(jī)，進(jìn)一步明確了 MgB2超導(dǎo)材料的實際應(yīng)用，尤其是在MRI方面應(yīng)用 的廣闊前景。在實際應(yīng)用中，MgB2超導(dǎo)材料一般應(yīng)先制備成線材或帶材，目前MgB2超導(dǎo)線材帶 材的制備技術(shù)主要采用原位法粉末套管工藝(In-situPIT)。采用原位法粉末套管工藝制 備多芯MgB2線帶材中包套以鐵基材料為主，鐵基包套材料本身的鐵磁性影響了 MgB2超導(dǎo)線 帶材最終應(yīng)用的電磁穩(wěn)定性，同時由于鐵基包套材料的加工硬化速度較快，而超導(dǎo)芯絲中 的Mg-B起始反應(yīng)成相溫度一般在550°C左右，鐵基材料的再結(jié)晶溫度高于該溫度，無法進(jìn) 行中間退火以消除包套材料的加工硬化現(xiàn)象，在MgB2超導(dǎo)線帶材特別是多芯長線帶材的制 備過程中容易出現(xiàn)斷線現(xiàn)象；同時在多芯MgB2超導(dǎo)線帶材制備過程中，線帶材橫截面中心 部位應(yīng)力最為集中，加工過程中中心部位的芯絲容易出現(xiàn)香腸狀或斷裂現(xiàn)象，該斷點(diǎn)隨加 工過程逐漸向周圍芯絲擴(kuò)展，從而導(dǎo)致多芯超導(dǎo)線帶材的整體斷裂。因此鐵基包套材料并 不是制備實用化千米量級多芯MgB2超導(dǎo)線帶材的最佳選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種芯部增強(qiáng)多 芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的制備方法。本發(fā)明制備的芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的超導(dǎo) 芯絲與阻隔層、芯絲與芯絲以及芯絲與包套之間結(jié)合緊密，芯絲分布均勻，可以滿足超導(dǎo)磁 體特別是超導(dǎo)核磁共振儀等方面的實際應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線 /帶材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)在真空手套箱中，氬氣保護(hù)條件下 將鎂粉、無定形硼粉和摻雜粉末按照 1 2-X X的原子數(shù)比進(jìn)行配料，然后混合研磨得到前驅(qū)粉末；將前驅(qū)粉末裝入Nb/Cu復(fù) 合管中，然后以10% 30%的道次加工率拉拔到橫截面為邊長3mm 15mm的六方形或直 徑3mm 15mm的圓形的一次復(fù)合單芯線材；所述摻雜粉末為無定形碳、碳化鈦或碳化硅； 所述χ的值為0. 05 0. 15 ；
(2)將步驟(1)中所述一次復(fù)合單芯線材依次進(jìn)行定尺、截斷、矯直，然后使用有 機(jī)溶劑去除一次復(fù)合單芯線材表面的油污；(3)將芯棒與多根步驟(2)中去除油污后的一次復(fù)合單芯線材置于包套材料內(nèi)進(jìn) 行二次復(fù)合組裝得到二次多芯復(fù)合棒；所述芯棒置于包套材料中心；所述芯棒為非鐵磁性 金屬Nb芯棒或非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒；所述包套材料為剩余電阻率大于100的無氧 銅管；(4)對步驟(3)中經(jīng)組裝后的二次多芯復(fù)合棒進(jìn)行拉拔加工，起始3 5個拉拔道 次以10% 20%的道次加工率進(jìn)行拉拔，以保證一次復(fù)合單芯線材與包套材料之間能夠 緊密地結(jié)合在一起，然后采用5% 10%的道次加工率拉拔到線徑為0. 8mm 4mm，得到芯 部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線材；(5)將步驟(4)中所述芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線材采用平輥軋制技術(shù)，按照 15% 30%的道次壓下量軋至厚度為0. 3mm 1mm，得到芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)帶材。上述步驟(1)中所述氬氣的質(zhì)量純度為99. 999%。上述步驟(1)中所述Nb/Cu復(fù)合管中Nb管為內(nèi)層管，Cu管為外層管。上述步驟(2)中所述有機(jī)溶劑為丙酮或乙醇。上述步驟(3)中所述二次多芯復(fù)合棒中一次復(fù)合單芯線材為6 30根。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明可制備強(qiáng)度明顯提高的不同橫截面 結(jié)構(gòu)的千米量級芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材，可避免超導(dǎo)芯絲分布不均勻、不對稱等 現(xiàn)象，能夠制備出超導(dǎo)芯絲與阻隔層、芯絲與芯絲以及芯絲與包套之間結(jié)合緊密，芯絲分布 均勻的千米量級實用化多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材，可以滿足超導(dǎo)磁體特別是超導(dǎo)核磁共振儀 等方面的實際應(yīng)用。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明實施例1制備芯部增強(qiáng)7芯MgB2超導(dǎo)線材時二次復(fù)合組裝得到的 二次7芯復(fù)合棒的橫截面示意圖。圖2為本發(fā)明實施例3制備芯部增強(qiáng)13芯MgB2超導(dǎo)帶材時二次復(fù)合組裝得到的 二次13芯復(fù)合棒的橫截面示意圖。圖3為本發(fā)明實施例4制備芯部增強(qiáng)19芯MgB2超導(dǎo)線材時二次復(fù)合組裝得到的 二次19芯復(fù)合棒的橫截面示意圖。圖4為本發(fā)明實施例6制備芯部增強(qiáng)37芯MgB2超導(dǎo)線材時二次復(fù)合組裝得到的 二次37芯復(fù)合棒的橫截面示意圖。
具體實施例方式實施例1芯部增強(qiáng)7芯MgB2超導(dǎo)線材的制備(1)在真空手套箱中，質(zhì)量純度99. 999%的氬氣保護(hù) 條件下將鎂粉、無定形硼粉 和摻雜粉末按照1 1.95 0.05的原子數(shù)比進(jìn)行配料，然后混合研磨得到前驅(qū)粉末；將 前驅(qū)粉末裝入Nb/Cu復(fù)合管中，然后以30%的道次加工率拉拔到目標(biāo)尺寸且橫截面為邊長3mm的六方形的一次復(fù)合單芯線材；所述摻雜粉末為無定形碳；所述Nb/Cu復(fù)合管中Nb管為內(nèi)層管，Cu管為外層管，Nb管作為阻隔層用以防止熱處理時超導(dǎo)粉末與包套材料之間的 相互反應(yīng)，同時起到強(qiáng)化作用；所述一次復(fù)合單芯線材加工成橫截面形狀為六方形主要是 為了使二次多芯復(fù)合棒中的一次復(fù)合單芯線材均勻、對稱的分布于包套材料中；(2)將一次復(fù)合單芯線材進(jìn)行定尺、截斷、矯直，然后使用丙酮去除一次復(fù)合單芯 線材表面的油污；(3)將橫截面為六方形的非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒置于剩余電阻率大于100 的無氧銅管的中心，并在非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒周圍均勻分布6根去除油污后的一 次復(fù)合單芯線材進(jìn)行二次復(fù)合組裝，得到二次7芯復(fù)合棒；所述非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合 芯棒的主要作用是為了降低或消除多芯線材拉拔加工過程中心部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高 MgB2多芯超導(dǎo)線/帶材的強(qiáng)度，從而避免加工過程中的斷線現(xiàn)象；(4)以20%的道次加工率對二次7芯復(fù)合棒進(jìn)行3次拉拔加工，以保證一次復(fù)合 單芯線材與包套材料之間能夠緊密地結(jié)合在一起，然后采用10%道次加工率繼續(xù)拉拔，得 到線徑為0. 8mm的芯部增強(qiáng)7芯MgB2超導(dǎo)線材。按照本實施例制備芯部增強(qiáng)7芯MgB2超導(dǎo)線材時二次復(fù)合組裝得到的二次7芯 復(fù)合棒的橫截面示意圖如圖1，圖中黑色區(qū)域為前驅(qū)粉末，淺灰色區(qū)域為中心芯棒及阻隔層 材料，深灰色區(qū)域為無氧銅包套材料，白色區(qū)域為間隙空白，經(jīng)拉拔加工后被周圍的無氧銅 包套材料所填充。實施例2芯部增強(qiáng)7芯MgB2超導(dǎo)帶材的制備本實施例與實施例1制備方法相同，其中不同之處在于將制備的線徑為0. 8mm 的芯部增強(qiáng)7芯MgB2超導(dǎo)線材采用平輥軋制技術(shù)以30%的道次壓下量軋制，得到厚度為 0. 3mm的芯部增強(qiáng)7芯MgB2超導(dǎo)帶材。實施例3芯部增強(qiáng)13芯MgB2超導(dǎo)帶材的制備(1)在真空手套箱中，質(zhì)量純度99. 999%的氬氣保護(hù)條件下將鎂粉、無定形硼粉 和摻雜粉末按照1 1.9 0.1的原子數(shù)比進(jìn)行配料，然后混合研磨得到前驅(qū)粉末；將前驅(qū) 粉末裝入Nb/Cu復(fù)合管中，然后以20%的道次加工率拉拔到目標(biāo)尺寸且橫截面為直徑9mm 的圓形的一次復(fù)合單芯線材；所述摻雜粉末為碳化鈦；所述Nb/Cu復(fù)合管中Nb管為內(nèi)層 管，Cu管為外層管，Nb管作為阻隔層用以防止熱處理時超導(dǎo)粉末與包套材料之間的相互反 應(yīng)，同時起到強(qiáng)化作用；所述一次復(fù)合單芯線材加工成橫截面形狀為圓形主要是為了使二 次多芯復(fù)合棒中的一次復(fù)合單芯線材均勻、對稱的分布于包套材料中；(2)將一次復(fù)合單芯線材進(jìn)行定尺、截斷、矯直，然后使用乙醇去除一次復(fù)合單芯 線材表面的油污；(3)將橫截面為圓形的非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒置于剩余電阻率大于100的 無氧銅管的中心，并在非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒周圍均勻分布12根去除油污后的一 次復(fù)合單芯線材進(jìn)行二次復(fù)合組裝，得到二次13芯復(fù)合棒；所述非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合 芯棒的主要作用是為了降低或消除多芯線材拉拔加工過程中心部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高 MgB2多芯超導(dǎo)線/帶材的強(qiáng)度，從而避免加工過程中的斷線現(xiàn)象；
(4)以10%的道次加工率對二次13芯復(fù)合棒進(jìn)行5次拉拔加工，以保證一次復(fù)合單芯線材與包套材料之間能夠緊密地結(jié)合在一起，然后采用5%道次加工率繼續(xù)拉拔，得到 線徑為2. 4mm的芯部增強(qiáng)13芯MgB2超導(dǎo)線材；(5)采用平輥軋制技術(shù)將芯部增強(qiáng)13芯MgB2超導(dǎo)線材以15%的道次壓下量軋制， 得到厚度為0. 6mm的芯部增強(qiáng)13芯MgB2超導(dǎo)帶材。按照本實施例制備芯部增強(qiáng)13芯1%82超導(dǎo)帶材時二次復(fù)合組裝得到的二次13芯 復(fù)合棒的橫截面示意圖如圖2，圖中黑色區(qū)域為前驅(qū)粉末，淺灰色區(qū)域為中心芯棒及阻隔層 材料，深灰色區(qū)域為無氧銅包套材料，白色區(qū)域為間隙空白，經(jīng)拉拔加工后被周圍的無氧銅 包套材料所填充。實施例4芯部增強(qiáng)19芯MgB2超導(dǎo)線材的制備(1)在真空手套箱中，質(zhì)量純度99. 999%的氬氣保護(hù)條件下將鎂粉、無定形硼粉 和摻雜粉末按照1 1.85 0.15的原子數(shù)比進(jìn)行配料，然后混合研磨得到前驅(qū)粉末；將 前驅(qū)粉末裝入Nb/Cu復(fù)合管中，然后以10%的道次加工率拉拔到目標(biāo)尺寸且橫截面為邊長 15mm的六方形的一次復(fù)合單芯線材；所述摻雜粉末為碳化硅；所述Nb/Cu復(fù)合管中Nb管為 內(nèi)層管，Cu管為外層管，Nb管作為阻隔層用以防止熱處理時超導(dǎo)粉末與包套材料之間的相 互反應(yīng)，同時起到強(qiáng)化作用；所述一次復(fù)合單芯線材加工成橫截面形狀為六方形主要是為 了使二次多芯復(fù)合棒中的一次復(fù)合單芯線材均勻、對稱的分布于包套材料中；(2)將一次復(fù)合單芯線材進(jìn)行定尺、截斷、矯直，然后使用丙酮去除一次復(fù)合單芯 線材表面的油污；(3)將橫截面為六方形的非鐵磁性金屬Nb芯棒置于剩余電阻率大于100的無氧銅 管的中心，并在非鐵磁性金屬Nb芯棒周圍均勻分布兩層共18根去除油污后的一次復(fù)合單 芯線材進(jìn)行二次復(fù)合組裝，得到二次19芯復(fù)合棒；所述非鐵磁性金屬Nb芯棒的主要作用是 為了降低或消除多芯線材拉拔加工過程中心部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高M(jìn)gB2多芯超導(dǎo)線/ 帶材的強(qiáng)度，從而避免加工過程中的斷線現(xiàn)象；(4)以15%的道次加工率對二次19芯復(fù)合棒進(jìn)行4次拉拔加工，以保證一次復(fù)合 單芯線材與包套材料之間能夠緊密地結(jié)合在一起，然后采用8%道次加工率繼續(xù)拉拔，得到 線徑為4mm的芯部增強(qiáng)19芯MgB2超導(dǎo)線材。按照本實施例制備的芯部增強(qiáng)19芯MgB2超導(dǎo)線材時二次復(fù)合組裝得到的二次19 芯復(fù)合棒的橫截面示意圖如圖3，圖中黑色區(qū)域為前驅(qū)粉末，淺灰色區(qū)域為中心芯棒及阻隔 層材料，深灰色區(qū)域為無氧銅包套材料，白色區(qū)域為間隙空白，經(jīng)拉拔加工后被周圍的無氧 銅包套材料所填充。實施例5芯部增強(qiáng)19芯MgB2超導(dǎo)帶材的制備本實施例與實施例4制備方法相同，其中不同之處在于將制備的線徑為4mm的芯 部增強(qiáng)19芯MgB2超導(dǎo)線材采用平輥軋制技術(shù)以22%的道次壓下量軋制，得到厚度為Imm 的芯部增強(qiáng)19芯MgB2超導(dǎo)帶材。實施例6芯部增強(qiáng)37芯MgB2超導(dǎo)線材的制備
(1)在真空手套箱中，質(zhì)量純度99. 999%的氬氣保護(hù)條件下將鎂粉、無定形硼粉和摻雜粉末按照1 1.9 0.1的原子數(shù)比進(jìn)行配料，然后混合研磨得到前驅(qū)粉末；將前驅(qū) 粉末裝入Nb/Cu復(fù)合管中，然后以30%的道次加工率拉拔到目標(biāo)尺寸且橫截面為直徑3mm 的圓形的一次復(fù)合單芯線材；所述摻雜粉末為無定形碳；所述Nb/Cu復(fù)合管中Nb管為內(nèi)層 管，Cu管為外層管，Nb管作為阻隔層用以防止熱處理時超導(dǎo)粉末與包套材料之間的相互反 應(yīng)，同時起到強(qiáng)化作用；所述一次復(fù)合單芯線材加工成橫截面形狀為圓形主要是為了使二 次多芯復(fù)合棒中的一次復(fù)合單芯線材均勻、對稱的分布于包套材料中；(2)將一次復(fù)合單芯線材進(jìn)行定尺、截斷、矯直，然后使用乙醇去除一次復(fù)合單芯 線材表面的油污；(3)將橫截面為圓形的非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒置于剩余電阻率大于100的 無氧銅管的中心代替7根一次復(fù)合單芯線材，并在非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒周圍均勻 分布兩層共30根去除油污后的一次復(fù)合單芯線材進(jìn)行二次復(fù)合組裝，得到二次37芯復(fù)合 棒；所述非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒的主要作用是為了降低或消除多芯線材拉拔加工過 程中心部位的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高M(jìn)gB2多芯超導(dǎo)線/帶材的強(qiáng)度，從而避免加工過程中的 斷線現(xiàn)象；(4)以10%的道次加工率對二次37芯復(fù)合棒進(jìn)行5次拉拔加工，以保證一次復(fù)合 單芯線材與包套材料之間能夠緊密地結(jié)合在一起，然后采用10%的道次加工率繼續(xù)拉拔， 得到線徑為2. 4mm的芯部增強(qiáng)37芯MgB2超導(dǎo)線材。按照本實施例制備的芯部增強(qiáng)37芯MgB2超導(dǎo)線材時二次復(fù)合組裝得到的二次37 芯復(fù)合棒的橫截面示意圖如圖4，圖中黑色區(qū)域為前驅(qū)粉末，淺灰色區(qū)域為中心芯棒及阻隔 層材料，深灰色區(qū)域為無氧銅包套材料，白色區(qū)域為間隙空白，經(jīng)拉拔加工后被周圍的無氧 銅包套材料所填充。
權(quán)利要求
一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)在真空手套箱中，氬氣保護(hù)條件下將鎂粉、無定形硼粉和摻雜粉末按照1∶2 x∶x的原子數(shù)比進(jìn)行配料，然后混合研磨得到前驅(qū)粉末；將前驅(qū)粉末裝入Nb/Cu復(fù)合管中，然后以10％～30％的道次加工率拉拔到橫截面為邊長3mm～15mm的六方形或直徑3mm～15mm的圓形的一次復(fù)合單芯線材；所述摻雜粉末為無定形碳、碳化鈦或碳化硅；所述x的值為0.05～0.15；(2)將步驟(1)中所述一次復(fù)合單芯線材依次進(jìn)行定尺、截斷、矯直，然后使用有機(jī)溶劑去除一次復(fù)合單芯線材表面的油污；(3)將芯棒與多根步驟(2)中去除油污后的一次復(fù)合單芯線材置于包套材料內(nèi)進(jìn)行二次復(fù)合組裝得到二次多芯復(fù)合棒；所述芯棒置于包套材料中心；所述芯棒為非鐵磁性金屬Nb芯棒或非鐵磁性金屬Nb/Cu復(fù)合芯棒；所述包套材料為剩余電阻率大于100的無氧銅管；(4)對步驟(3)中經(jīng)組裝后的二次多芯復(fù)合棒進(jìn)行拉拔加工，起始3～5個拉拔以10％～20％的道次加工率進(jìn)行拉拔，以保證一次復(fù)合單芯線材與包套材料之間能夠緊密地結(jié)合在一起，然后采用5％～10％的道次加工率拉拔到線徑為0.8mm～4mm，得到芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線材；(5)將步驟(4)中所述芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線材采用平輥軋制技術(shù)，按照15％～30％的道次壓下量軋至厚度為0.3mm～1mm，得到芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)帶材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的制備方法，其特征在 于，步驟(1)中所述氬氣的質(zhì)量純度為99. 999%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的制備方法，其特征在 于，步驟(1)中所述Nb/Cu復(fù)合管中Nb管為內(nèi)層管，Cu管為外層管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的制備方法，其特征在 于，步驟(2)中所述有機(jī)溶劑為丙酮或乙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的制備方法，其特征在 于，步驟(3)中所述二次多芯復(fù)合棒中一次復(fù)合單芯線材為6 30根。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材的制備方法，包括以下步驟一、制備一次復(fù)合單芯線材；二、去除一次復(fù)合單芯線材表面的油污；三、二次復(fù)合組裝制備二次多芯復(fù)合棒；四、拉拔加工得到芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線材；五、平輥軋制得到芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)帶材。本發(fā)明可制備強(qiáng)度明顯提高的不同橫截面結(jié)構(gòu)的千米量級芯部增強(qiáng)多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材，可避免超導(dǎo)芯絲分布不均勻、不對稱等現(xiàn)象，能夠制備出超導(dǎo)芯絲與阻隔層、芯絲與芯絲以及芯絲與包套之間結(jié)合緊密，芯絲分布均勻的千米量級實用化多芯MgB2超導(dǎo)線/帶材，可以滿足超導(dǎo)磁體特別是超導(dǎo)核磁共振儀等方面的實際應(yīng)用。
文檔編號H01B13/00GK101989472SQ20101057497
公開日2011年3月23日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者馮勇, 劉國慶, 張平祥, 李成山, 焦高峰, 熊曉梅, 王慶陽, 閆果 申請人:西北有色金屬研究院