一種超導(dǎo)線材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種超導(dǎo)線材的制備方法，包括制作復(fù)合棒、組裝并密封、熱擠出加工、拉拔加工四個步驟，解決了現(xiàn)有技術(shù)由于Al箔和Nb箔變形不匹配，導(dǎo)致Nb3Al卷繞法加工過程中Al與Nb的面積比小于1∶3，從而無法完全生成Nb3Al的問題，并且無需增加新設(shè)備，節(jié)約了成本。
【專利說明】一種超導(dǎo)線材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超導(dǎo)線材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]全超導(dǎo)可控磁約束熱核聚變能(托卡馬克)發(fā)電技術(shù)是人類未來可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性新能源技術(shù)之一。正是由于可控核聚變能的資源充裕和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，其被公認(rèn)為最可能解決未來全球能源危機(jī)、推動人類社會可持續(xù)發(fā)展行之有效的理想能源。目前，由多國參加的國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃(ITER)的啟動對于推動可控聚變能基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展和工程技術(shù)進(jìn)步具有重要意義，2006年11月我國正式加入ITER計(jì)劃。2010年，我國制訂的戰(zhàn)略規(guī)劃已明確將“超導(dǎo)磁約束核聚變技術(shù)”列為國家中長期重點(diǎn)支持的發(fā)展方向。
[0003]大型超導(dǎo)磁體是全超導(dǎo)可控磁約束聚變堆的關(guān)鍵，其主要功能是將超高溫(6，000-10，000萬。C )等離子體約束在磁容器中，實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng)。在ITER設(shè)計(jì)中，高場磁體(TF和CS)需要產(chǎn)生非常高的磁場(11.8Τ)，同時承受巨大的洛侖茲力，目前該磁體采用Nb3Sn超導(dǎo)材料繞制。然而,未來示范堆和商用堆運(yùn)行參數(shù)(磁場>15Τ、電流>100kA,承載>150噸/米、功率>2GW)遠(yuǎn)高于目前ITER設(shè)計(jì)參數(shù)，大的洛侖茲力產(chǎn)生的應(yīng)力/應(yīng)變導(dǎo)致Nb3Sn超導(dǎo)材料性能衰減問題變得尤為嚴(yán)重，難于滿足高場超導(dǎo)線圈應(yīng)力/應(yīng)變?nèi)菹抟?。因此，尋求具有更為?yōu)良綜合性能的高場磁體用超導(dǎo)材料是未來可控磁約束聚變示范堆和商業(yè)化過程中必須解決的基本問題。與Nb3Sn相比，Nb3Al超導(dǎo)材料具有更高的臨界磁場和更優(yōu)良的應(yīng)變?nèi)菰S特性，是未來磁約束聚變堆，尤其是示范堆階段高場磁體的理想選擇。
[0004]Nb3Al超導(dǎo)線材制備是將截面積比為1:3的Al和Nb通過機(jī)械復(fù)合后，加工成長線，然后經(jīng)過熱處理，使得熔融的Al向固相Nb擴(kuò)散，反應(yīng)生成Nb3Al超導(dǎo)線材。在前驅(qū)體導(dǎo)線制備中，Al與Nb的復(fù)合方式可以采用套管法或者卷繞法。前者是將Al棒插入到Nb管中，然后通過拉拔制成單芯棒，而后者是將Al箔和Nb箔以Nb棒為中心進(jìn)行卷繞，然后通過拉拔制作成單芯棒。由于Nb3Al超導(dǎo)體主要通過熔融的Al向固相Nb擴(kuò)散生成，反應(yīng)過程如下:
[0005]Nb Cs) +Al (I) — NbAl3+Nb — Nb2Al+Nb — Nb3Al。
[0006]所以，與套管法相比，卷繞法中Nb與Al的擴(kuò)散距離更短，更容易完全反應(yīng)生成Nb3Al超導(dǎo)體。
[0007]但是，由于Al與Nb的硬度相差非常大，在長線加工過程中會出現(xiàn)加工變形不匹配的問題。卷繞法中，是將厚度比為1:3的Al箔和Nb箔進(jìn)行卷繞，由于Al的硬度較小，變形較快，當(dāng)加工到一定長度后，在導(dǎo)線的截面中Al與Nb的面積比就會小于是1:3，因此，在Al與Nb反應(yīng)過程中，無法完全生成Nb3Al,而是存在剩余的Nb。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種超導(dǎo)線材的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)由于Al箔和Nb箔變形不匹配，導(dǎo)致Nb3Al卷繞法加工過程中Al與Nb的面積比小于1: 3，從而無法完全生成Nb3Al的問題。
[0009]本發(fā)明具體的技術(shù)方案是:一種超導(dǎo)線材的制備方法，包括如下步驟:
[0010]第一步，制作復(fù)合棒，以Nb棒為中心，將厚度比為3:1的Nb箔和Al合金箔進(jìn)行卷繞，卷繞后的直徑不大于Nb管的內(nèi)徑，并裝入Nb管內(nèi)，然后以每分鐘5~20米的速率進(jìn)行拉拔加工，制備得Nb/Al合金復(fù)合棒；
[0011 ] 第二步，組裝并密封，將不少于兩根Nb/Al合金復(fù)合棒裝入Cu包套管內(nèi)，并采用焊接的方式將Cu包套管密封，形成復(fù)合錠體；
[0012]第三步，熱擠出加工，將復(fù)合錠體在4000kN-6OOOkN的壓力下進(jìn)行等靜壓加工，然后預(yù)加熱到200°C~600°C，并在4000kN~40，OOOkN的推力作用下，以每分鐘InTlOm速率進(jìn)行熱擠出加工，獲得Cu包套的復(fù)合棒材。
[0013]第四步，拉拔加工，將復(fù)合棒材以每道次15%~20%變形率和每分鐘f 10米的速率進(jìn)行多道次的拉拔加工，獲得超導(dǎo)線材。
[0014]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0015]Al合金箔為Al-Mg合金箔，其中Al與Mg的物質(zhì)的量比為500: 1- 10:1。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:采用硬度接近金屬Nb的Al合金箔代替Al箔，通過卷繞的方法制作Nb3Al前驅(qū)體導(dǎo)線的單芯棒，因Al合金箔與Nb箔硬度相近，在制作Nb3Al過程中，形變一致，使得Al合金箔與Nb箔的面積比保持為1: 3，從而保證了 Al元素與Nb元素完全生成Nb3Al,并且無需增加新設(shè)備，節(jié)約了成本。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018]本發(fā)明的一種超導(dǎo)線材的制備方法，包括如下步驟:
[0019]第一步，制作復(fù)合棒，以Nb棒為中心，將厚度比為3:1的Nb箔和Al合金箔進(jìn)行卷繞，卷繞后的直徑不大于Nb管的內(nèi)徑，并裝入Nb管內(nèi)，然后以每分鐘5~20米的速率進(jìn)行拉拔加工，制備得Nb/Al合金復(fù)合棒；
[0020]第二步，組裝并密封，將不少于兩根Nb/Al合金復(fù)合棒裝入Cu包套管內(nèi)，并采用焊接的方式將Cu包套管密封，形成復(fù)合錠體；
[0021]第三步，熱擠出加工，將復(fù)合錠體在4000kN飛OOOkN的壓力下進(jìn)行等靜壓加工，然后預(yù)加熱到200°C~600°C，并在4000kN~40，OOOkN的推力作用下，以每分鐘InTlOm速率進(jìn)行熱擠出加工，獲得Cu包套的復(fù)合棒材。
[0022]第四步，拉拔加工，將復(fù)合棒材以每道次15%~20%變形率和每分鐘f 10米的速率進(jìn)行多道次的拉拔加工，獲得超導(dǎo)線材。
[0023]其中Al合金箔為Al-Mg合金箔，Al與Mg的物質(zhì)的量比為500: f 10:1。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 第一步，制作復(fù)合棒，以Nb棒為中心，將厚度比為3:1的Nb箔和Al合金箔進(jìn)行卷繞，卷繞后的直徑不大于Nb管的內(nèi)徑，并裝入Nb管內(nèi)，然后以每分鐘5~20米的速率進(jìn)行拉拔加工，制備得Nb/Al合金復(fù)合棒； 第二步，組裝并密封，將不少于兩根所述Nb/Al合金復(fù)合棒裝入Cu包套管內(nèi)，并采用焊接的方式將Cu包套管密封，形成復(fù)合錠體； 第三步，熱擠出加工，將所述復(fù)合錠體在4000kN飛OOOkN的壓力下進(jìn)行等靜壓加工，然后預(yù)加熱到200°C~600°C，并在4000kN~40，OOOkN的推力作用下，以每分鐘InTlOm速率進(jìn)行熱擠出加工，獲得Cu包套的復(fù)合棒材； 第四步，拉拔加工，將所述復(fù)合棒材以每道次15%~20%變形率和每分鐘f 10米的速率進(jìn)行多道次的拉拔加工，獲得超導(dǎo)線材。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于:所述的Al合金箔為Al-Mg合金箔，其中Al與 Mg的物質(zhì)的量比為500:1~10:1。
【文檔編號】H01B12/10GK103871683SQ201210552352
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】張亮 申請人:張亮