專利名稱：一種Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)線材制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的 制備方法。
背景技術(shù)：
由于Bi-2212 (Bi2Sr2CaCu2Ox)高溫超導(dǎo)體具有優(yōu)異的低溫高磁場(chǎng)載流性能，且是 唯一可制備成各向同性圓線的高溫超導(dǎo)材料，使其成為制備低溫高場(chǎng)磁體內(nèi)插線圈的首選 材料。目前粉末裝管法(PIT)和熔化法相結(jié)合的制備技術(shù)是制備高性能Bi-2212線材的 主流技術(shù)。該技術(shù)是將Bi-2212粉末裝入銀管，通過(guò)拉拔、組裝制備成多芯復(fù)合體，再加工 到設(shè)計(jì)的線材尺寸，然后在900°C左右進(jìn)行熔化處理獲得成品線材。由于Bi-2212線材采用銀管中裝入陶瓷粉末(Bi-2212是一種陶瓷粉末)，這種線 材的塑性比純金屬差得多。另外要制備高載流性能的Bi-2212線材，要求線材中單芯芯絲 的直徑為20 μ m 30 μ m且均勻連續(xù)，這對(duì)線材的加工提出巨大的考驗(yàn)。拉拔加工是制備 線材最主要的技術(shù)，但拉拔加工過(guò)程中圓線的圓心處受到的拉應(yīng)力遠(yuǎn)大于邊部，從而造成 加工過(guò)程中線材中心處的芯絲容易出現(xiàn)斷線現(xiàn)象，另外拉拔加工過(guò)程中芯絲間很難達(dá)到冶 金結(jié)合，加劇了中部芯絲的斷裂的可能。中心處的芯絲一旦發(fā)生斷芯，隨后的加工中斷芯現(xiàn) 象將從中部逐步向邊部擴(kuò)展，導(dǎo)致最終線材的斷芯率一般超過(guò)5%，造成線材性能均勻性的 降低，成為限制其大規(guī)模應(yīng)用的重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以有效防 止復(fù)合體加工時(shí)中心處芯絲斷裂的中心增強(qiáng)Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的制備方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的 制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將Bi-2212超導(dǎo)粉裝入純銀管一且直至裝滿后，用金屬堵頭封閉所述純銀管 一的兩端制成一次復(fù)合體；(2)采用拉拔設(shè)備將步驟(1)中所述一次復(fù)合體拉拔成直徑為1. 5mm 2. 2mm的 細(xì)絲一，然后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲一平均截成19 91段超導(dǎo)細(xì)絲，再將19 91段超 導(dǎo)細(xì)絲按照正六邊形排列方式排列并組裝入純銀管二內(nèi)，獲得19 91超導(dǎo)芯的二次復(fù)合 體；所述純銀管二的內(nèi)徑尺寸與由19 91段超導(dǎo)細(xì)絲排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相 匹配；(3)采用拉拔設(shè)備將步驟O)中所述二次復(fù)合體拉拔成直徑為5mm 8mm的細(xì)絲 二，然后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲二平均截成6 36段，同時(shí)將純銀棒或銀合金棒制備成 與細(xì)絲二同樣尺寸的細(xì)絲三；將截成6 36段的細(xì)絲二和一段細(xì)絲三按照正六邊形排列方 式排列并組裝入AgMn合金管內(nèi)，其中細(xì)絲三位于正六邊形的中心，獲得114 3276超導(dǎo)芯
3的三次復(fù)合體；所述AgMn合金管的內(nèi)徑尺寸與由細(xì)絲二和細(xì)絲三排列組成的正六邊形結(jié) 構(gòu)的尺寸相匹配；(4)采用拉拔設(shè)備將步驟(3)中所述三次復(fù)合體拉拔成直徑為0. 8mm 1. 5mm的 線材；(5)將步驟中所述線材置于氣氛爐中，采用純氧氣氛進(jìn)行半熔化處理，隨爐冷 卻至室溫，得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。上述步驟(5)中所述半熔化處理的過(guò)程為在溫度為880°C 900°C條件下保溫 20分鐘，然后以1°C /h 5°C /h的速率降溫至810°C 850°C，保溫M小時(shí)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，制造成本低，推廣面大，可有效適用于其他相 關(guān)超導(dǎo)線材的制備過(guò)程中。2、本發(fā)明通過(guò)在多芯線材中心部增加一根銀或銀合金芯絲，可防止多芯Bi-2212 線材中心處芯絲的斷芯現(xiàn)象，顯著降低了線材的斷芯率，改善了線材的加工均勻性，提高了 最終線材性能的均勻性，同時(shí)也提高線材的拉伸性能，更利于磁體的繞制和超導(dǎo)線材的其 他應(yīng)用。下面通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)將Bi-2212超導(dǎo)粉裝入純銀管一且直至裝滿后，用金屬堵頭封閉所述純銀管 一的兩端制成一次復(fù)合體；(2)采用拉拔設(shè)備將步驟(1)中所述一次復(fù)合體拉拔成直徑為2. 2mm的細(xì)絲一，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲一平均截成19段超導(dǎo)細(xì)絲，再將19段超導(dǎo)細(xì)絲按照正六邊形 排列方式排列并組裝入純銀管二內(nèi)，獲得19超導(dǎo)芯的二次復(fù)合體；所述純銀管二的內(nèi)徑尺 寸與由19段超導(dǎo)細(xì)絲排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(3)采用拉拔設(shè)備將步驟(2)中所述二次復(fù)合體拉拔成直徑為8mm的細(xì)絲二，然后 采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲二平均截成6段，同時(shí)將純銀棒制備成直徑為8mm的細(xì)絲三，并采 用切割設(shè)備將所述細(xì)絲三截成與細(xì)絲二相同的長(zhǎng)度；將截成6段的細(xì)絲二和一段細(xì)絲三按 照正六邊形排列方式排列并組裝入AgMn合金管內(nèi)，其中細(xì)絲三位于正六邊形的中心，獲得 114超導(dǎo)芯的三次復(fù)合體；所述AgMn合金管的內(nèi)徑尺寸與由細(xì)絲二和細(xì)絲三排列組成的正 六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(4)采用拉拔設(shè)備將步驟(3)中所述三次復(fù)合體拉拔成直徑為0. 8mm的線材；(5)將步驟(4)中所述線材置于氣氛爐中，采用純氧氣氛進(jìn)行半熔化處理，在溫度 為885°C條件下保溫20分鐘，然后以1°C /h的速率降溫至850°C，保溫M小時(shí)，然后隨爐冷 卻至室溫，得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。本實(shí)施例制備的Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的斷芯率低于2%，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為87K， 其臨界電流密度達(dá)到600A/mm2 (20K,自場(chǎng))，線材載流性能沿長(zhǎng)度方向上的不均勻性降低到 5%以下，拉伸強(qiáng)度提高了 6.5%。實(shí)施例2
(1)將Bi-2212超導(dǎo)粉裝入純銀管一且直至裝滿后，用金屬堵頭封閉所述純銀管 一的兩端制成一次復(fù)合體；(2)采用拉拔設(shè)備將步驟(1)中所述一次復(fù)合體拉拔成直徑為1. 8mm的細(xì)絲一，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲一平均截成37段超導(dǎo)細(xì)絲，再將37段超導(dǎo)細(xì)絲按照正六邊形 排列方式排列并組裝入純銀管二內(nèi)，獲得37超導(dǎo)芯的二次復(fù)合體；所述純銀管二的內(nèi)徑尺 寸與由37段超導(dǎo)細(xì)絲排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(3)采用拉拔設(shè)備將步驟O)中所述二次復(fù)合體拉拔成直徑為6mm的細(xì)絲二，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲二平均截成18段，同時(shí)將銀錳合金棒制備成直徑為6mm的細(xì)絲 三，并采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲三截成與細(xì)絲二相同的長(zhǎng)度；將截成18段的細(xì)絲二和一段 細(xì)絲三按照正六邊形排列方式排列并組裝入AgMn合金管內(nèi)，其中細(xì)絲三位于正六邊形的 中心，獲得666超導(dǎo)芯的三次復(fù)合體；所述AgMn合金管的內(nèi)徑尺寸與由細(xì)絲二和細(xì)絲三排 列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(4)采用拉拔設(shè)備將步驟(3)中所述三次復(fù)合體拉拔成直徑為0. 8mm的線材；(5)將步驟(4)中所述線材置于氣氛爐中，采用純氧氣氛進(jìn)行半熔化處理，在溫度 為890°C條件下保溫20分鐘，然后以3°C/h的速率降溫至810°C，保溫M小時(shí)，然后隨爐冷 卻至室溫，得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。本實(shí)施例制備的Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的斷芯率低于2%，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為87K， 其臨界電流密度達(dá)到650A/mm2 (20K,自場(chǎng))，線材載流性能沿長(zhǎng)度方向上的不均勻性降低到 5%以下，拉伸強(qiáng)度提高了 4%。實(shí)施例3(1)將Bi-2212超導(dǎo)粉裝入純銀管一且直至裝滿后，用金屬堵頭封閉所述純銀管 一的兩端制成一次復(fù)合體；(2)采用拉拔設(shè)備將步驟(1)中所述一次復(fù)合體拉拔成直徑為2. 2mm的細(xì)絲一，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲一平均截成19段超導(dǎo)細(xì)絲，再將19段超導(dǎo)細(xì)絲按照正六邊形 排列方式排列并組裝入純銀管二內(nèi)，獲得19超導(dǎo)芯的二次復(fù)合體；所述純銀管二的內(nèi)徑尺 寸與由19段超導(dǎo)細(xì)絲排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(3)采用拉拔設(shè)備將步驟(2)中所述二次復(fù)合體拉拔成直徑為6mm的細(xì)絲二，然后 采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲二平均截成18段，同時(shí)將純銀棒制備成直徑為6mm的細(xì)絲三，并 采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲三截成與細(xì)絲二相同的長(zhǎng)度；將截成18段的細(xì)絲二和一段細(xì)絲 三按照正六邊形排列方式排列并組裝入AgMn合金管內(nèi)，其中細(xì)絲三位于正六邊形的中心， 獲得342超導(dǎo)芯的三次復(fù)合體；所述AgMn合金管的內(nèi)徑尺寸與由細(xì)絲二和細(xì)絲三排列組成 的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(4)采用拉拔設(shè)備將步驟(3)中所述三次復(fù)合體拉拔成直徑為0. 8mm的線材；(5)將步驟(4)中所述線材置于氣氛爐中，采用純氧氣氛進(jìn)行半熔化處理，在溫度 為880°C條件下保溫20分鐘，然后以1°C /h的速率降溫至850°C，保溫M小時(shí)，然后隨爐冷 卻至室溫，得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。本實(shí)施例制備的Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的斷芯率低于2%，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為87K， 其臨界電流密度達(dá)到680A/mm2 (20K,自場(chǎng))，線材載流性能沿長(zhǎng)度方向上的不均勻性降低到 5%以下，拉伸強(qiáng)度提高了 3%。
實(shí)施例4(1)將Bi-2212超導(dǎo)粉裝入純銀管一且直至裝滿后，用金屬堵頭封閉所述純銀管 一的兩端制成一次復(fù)合體；(2)采用拉拔設(shè)備將步驟(1)中所述一次復(fù)合體拉拔成直徑為1. 6mm的細(xì)絲一，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲一平均截成85段超導(dǎo)細(xì)絲，再將85段超導(dǎo)細(xì)絲按照正六邊形 排列方式排列并組裝入純銀管二內(nèi)，獲得85超導(dǎo)芯的二次復(fù)合體；所述純銀管二的內(nèi)徑尺 寸與由85段超導(dǎo)細(xì)絲排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(3)采用拉拔設(shè)備將步驟( 中所述二次復(fù)合體拉拔成直徑為5mm的細(xì)絲二，然后 采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲二平均截成36段，同時(shí)將銀鎂鎳合金棒制備成直徑為5mm的細(xì)絲 三，并采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲三截成與細(xì)絲二相同的長(zhǎng)度；將截成36段的細(xì)絲二和一段 細(xì)絲三按照正六邊形排列方式排列并組裝入AgMn合金管內(nèi)，其中細(xì)絲三位于正六邊形的 中心，獲得3060芯的三次復(fù)合體；所述AgMn合金管的內(nèi)徑尺寸與由細(xì)絲二和細(xì)絲三排列組 成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(4)采用拉拔設(shè)備將步驟(3)中所述三次復(fù)合體拉拔成直徑為1. 5mm的線材；(5)將步驟中所述線材置于氣氛爐中，采用純氧氣氛進(jìn)行半熔化處理，在溫度 為900°C條件下保溫20分鐘，然后以5°C /h的速率降溫至830°C，保溫M小時(shí)，然后隨爐冷 卻至室溫，得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。本實(shí)施例制備的Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的斷芯率低于2%，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為87K， 其臨界電流密度達(dá)到1000A/mm2(20K，自場(chǎng))，線材載流性能沿長(zhǎng)度方向上的不均勻性降低 到5%以下，拉伸強(qiáng)度提高了 4.5%。實(shí)施例5(1)將Bi-2212超導(dǎo)粉裝入純銀管一且直至裝滿后，用金屬堵頭封閉所述純銀管 一的兩端制成一次復(fù)合體；(2)采用拉拔設(shè)備將步驟(1)中所述一次復(fù)合體拉拔成直徑為1. 5mm的細(xì)絲一，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲一平均截成91段超導(dǎo)細(xì)絲，再將91段超導(dǎo)細(xì)絲按照正六邊形 排列方式排列并組裝入純銀管二內(nèi)，獲得91超導(dǎo)芯的二次復(fù)合體；所述純銀管二的內(nèi)徑尺 寸與由91段超導(dǎo)細(xì)絲排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(3)采用拉拔設(shè)備將步驟O)中所述二次復(fù)合體拉拔成直徑為5mm的細(xì)絲二，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲二平均截成36段，同時(shí)將純銀棒制備成直徑為5mm的細(xì)絲三， 并采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲三截成與細(xì)絲二相同的長(zhǎng)度；將截成36段的細(xì)絲二和細(xì)絲三 按照正六邊形排列方式排列并組裝入AgMn合金管內(nèi)，其中細(xì)絲三位于正六邊形的中心，獲 得3276超導(dǎo)芯的三次復(fù)合體；所述AgMn合金管的內(nèi)徑尺寸與由細(xì)絲二和細(xì)絲三排列組成 的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(4)采用拉拔設(shè)備將步驟(3)中所述三次復(fù)合體拉拔成直徑為1. 2mm的線材；(5)將步驟(4)中所述線材置于氣氛爐中，采用純氧氣氛進(jìn)行半熔化處理，在溫度 為900°C條件下保溫20分鐘，然后以3°C /h的速率降溫至840°C，保溫M小時(shí)，然后隨爐冷 卻至室溫，得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。本實(shí)施例制備的Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的斷芯率低于2%，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為87K， 其臨界電流密度達(dá)到980A/mm2 (20K,自場(chǎng))，線材載流性能沿長(zhǎng)度方向上的不均勻性降低到5%以下，拉伸強(qiáng)度提高了 3%。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技 術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù) 方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將Bi-2212超導(dǎo)粉裝入純銀管一且直至裝滿后，用金屬堵頭封閉所述純銀管一的 兩端制成一次復(fù)合體；(2)采用拉拔設(shè)備將步驟(1)中所述一次復(fù)合體拉拔成直徑為1.5mm 2. 2mm的細(xì)絲 一，然后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲一平均截成19 91段超導(dǎo)細(xì)絲，再將19 91段超導(dǎo)細(xì) 絲按照正六邊形排列方式排列并組裝入純銀管二內(nèi)，獲得19 91超導(dǎo)芯的二次復(fù)合體；所 述純銀管二的內(nèi)徑尺寸與由19 91段超導(dǎo)細(xì)絲排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺寸相匹配；(3)采用拉拔設(shè)備將步驟( 中所述二次復(fù)合體拉拔成直徑為5mm 8mm的細(xì)絲二，然 后采用切割設(shè)備將所述細(xì)絲二平均截成6 36段，同時(shí)將純銀棒或銀合金棒制備成與細(xì)絲 二同樣尺寸的細(xì)絲三；將截成6 36段的細(xì)絲二和一段細(xì)絲三按照正六邊形排列方式排列 并組裝入AgMn合金管內(nèi)，其中細(xì)絲三位于正六邊形的中心，獲得114 3276超導(dǎo)芯的三次 復(fù)合體；所述AgMn合金管的內(nèi)徑尺寸與由細(xì)絲二和細(xì)絲三排列組成的正六邊形結(jié)構(gòu)的尺 寸相匹配；(4)采用拉拔設(shè)備將步驟( 中所述三次復(fù)合體拉拔成直徑為0.8mm 1. 5mm的線材；(5)將步驟中所述線材置于氣氛爐中，采用純氧氣氛進(jìn)行半熔化處理，隨爐冷卻至 室溫，得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于，步驟 (5)中所述半熔化處理的過(guò)程為在溫度為880°C 900°C條件下保溫20分鐘，然后以1°C/ h 5°C /h的速率降溫至810°C 850°C，保溫M小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Bi-2212高溫超導(dǎo)線材的制備方法，包括以下步驟一、超導(dǎo)粉裝管；二、拉拔加工制備二次復(fù)合體；三、將二次復(fù)合體拉拔后與純銀棒或銀合金棒組合并組裝入AgMn合金管內(nèi)，得到三次復(fù)合體；四、將三次復(fù)合體拉拔加工成線材；五、對(duì)線材進(jìn)行半熔化處理，隨爐冷后得到Bi-2212高溫超導(dǎo)線材。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，制造成本低，推廣面大，可有效適用于其他相關(guān)超導(dǎo)線材的制備過(guò)程中。本發(fā)明通過(guò)在多芯線材中心部增加一根銀或銀合金芯絲，可防止多芯Bi-2212線材中心處芯絲的斷芯現(xiàn)象，顯著降低了線材的斷芯率，改善了線材的加工均勻性，提高了最終線材性能的均勻性，同時(shí)也提高線材的拉伸性能，更利于磁體的繞制和超導(dǎo)線材的其他應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01B13/00GK102117682SQ20111004789
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者宋璐璐, 張勝楠, 李成山, 李高山, 熊曉梅, 舒厚勇, 賈佳林, 郝清濱 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院