一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，該方法為：一、將無定形硼粉、鎂粉和蘋果酸乙醇溶液制成混合漿體；二、制備裝管前驅粉；三、裝管，旋鍛拉拔，得到Cu-Nb-MgB2單芯棒；四、將Cu-Nb-MgB2單芯棒和Cu-NbTi單芯棒裝入Cu-Ni合金管中進行二次組裝，得到二次復合體；五、將二次復合體加工成線材，然后進行旋鍛拉拔，得到矩形多芯復合帶材；六、纏繞高硅氧玻璃纖維，盤圓，兩端夾扁；七、熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材。采用本發(fā)明的方法制備的復合超導帶材較單一的MgB2和NbTi超導材料具有更寬的溫度使用范圍和更高的使用磁場。
【專利說明】一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于超導材料制備【技術領域】，具體涉及一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法。
【背景技術】
[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)保以及新能源技術成為21世紀人類必然的選擇；而超導材料作為21世紀最重要的高技術節(jié)能環(huán)保材料在大規(guī)模輸配電、超強磁體、儲能、發(fā)電機、變壓器、磁懸浮列車等領域有著廣泛的應用。
[0003]目前，低溫超導體NbTi合金是運用最廣泛的超導材料，具有優(yōu)越的機械加工性能和超導性能，其長度可達萬米。NbTi超導體的制造成本低于其它低溫超導材料，且工藝成熟，性能穩(wěn)定，因此得到廣泛的應用。包括我國在內的美國、俄羅斯、歐洲以及其它很多國家和地區(qū)都對NbTi超導線材的實際運用做了很多富有成效的研究。但是，NbTi超導體一般工作在液氦(4.2K)溫度下，且液氦的比熱很小，在使用過程中會被大量損耗，而液氦的購買必須依靠美國等西方國家，因此對于NbTi超導體的實用化受到一定的限制。NbTi超導體的臨界轉變溫度為9.8K，小的熱擾動就有可能導致其發(fā)生失超現象，產生大量熱，造成液氦的大量損失，且影響磁體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0004]MgB2超導材料由于其臨界溫度高(Tc=39K)、相干長度大、不存在晶界弱連接等優(yōu)點，這一系列的優(yōu)點使得MgB2超導體一出現就迅速引起人們的廣泛關注。由于市場上小型制冷機就可以很容易達到20K左右的低溫，因此，MgB2超導材料被認為有望實現20K工作溫度下，I?3T醫(yī)療核磁共振成像(MRI)磁體的應用。MgB2超導線帶材一般選用無氧銅作為穩(wěn)定層，選用Nb、Ta和Ti作為阻隔層材料，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度升高，生成的MgB2超導芯的致密度有一定的增加。但是MgB2超導體由于其粉體固有的性質，導致其機械系能差，在很小的應力下就會發(fā)生失超現象，且其臨界電流密度受磁場影響大，需要引入有效的釘扎中心，而化學摻雜是一種有效的摻雜方式。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法。該方法采用溶液包覆工藝制備裝管前驅粉，可以保證摻雜C均勻分布，不會造成團聚現象，并且分解產生的C活性高，在較低的溫度下就可以起到摻雜作用，而較低的熱處理溫度可以保證較細的晶粒，較細的晶粒則可以提供更有效的釘扎中心，提高帶材在較高磁場條件下的臨界電流及擴散層對帶材超導性能的影響。采用本發(fā)明的方法制備的復合超導帶材較單一的MgB2和NbTi超導材料具有更寬的溫度使用范圍和更高的使用磁場。當溫度大于9.8K時，由1%82超導芯絲提供傳輸電流；當溫度小于9.8K時，由MgB2芯絲和NbTi超導芯絲共同提供傳輸電流。而且當鈮鈦超導材料失去超導電性后，在1%82超導體超導轉變溫度以下，尤其是在20-35K，MgB2芯絲可以起到很好的分流作用，將NbTi超導芯絲中絕大部分電流分流到具有零電阻效應的MgB2芯絲中，從而對磁體系統(tǒng)進行很好的保護。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、將無定形硼粉和鎂粉按照Mg: B=I: 2的原子比配料，混合均勻，然后向混合物中加入蘋果酸乙醇溶液，在200r/min?400r/min下攪拌30min?90min,得到混合漿體；所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量為無定形硼粉和鎂粉總質量的10%?30% ;所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量百分比濃度為15%?25% ；
[0008]步驟二、將步驟一中所述混合漿體在50°C?60°C下真空焙干，研磨得到粉末；將所述粉末置于管式爐中，在氬氣保護下以0.50C /min?1°C /min的速率升溫至180°C?200°C后恒溫Ih?2h進行低溫分解處理，隨爐冷卻后研磨均勻得到裝管前驅粉；
[0009]步驟三、將步驟二中所述裝管前驅粉裝入Nb管中，得到裝管復合體；然后對所述裝管復合體進行旋鍛拉拔，得到具有正六邊形截面的Cu-Nb-MgB2單芯棒；再對所述Cu-Nb-MgB2單芯棒進行定尺和截斷，然后酸洗去除表面氧化皮；
[0010]步驟四、將9根步驟三中經酸洗后的Cu-Nb-MgB2單芯棒和10根具有正六邊形截面的Cu-NbTi單芯棒裝入Cu-Ni合金管中進行二次組裝，得到二次復合體；所述二次復合體的結構為:1根Cu-NbTi單芯棒位于Cu-Ni合金管中心，9根Cu-Nb-MgB2單芯棒和9根Cu-NbTi單芯棒分為內、外兩層圍繞位于Cu-Ni合金管中心的Cu-NbTi單芯棒，其中內層由3根Cu-Nb-MgB2單芯棒和3根Cu-NbTi單芯棒交錯排列而成，外層由6根Cu-Nb-MgB2單芯棒和6根Cu-NbTi單芯棒交錯排列而成；所述Cu-NbTi單芯棒的尺寸與Cu-Nb-MgB2單芯棒的尺寸相同；
[0011]步驟五、采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結合的加工方法將步驟四中所述二次復合體加工成線材，然后采用8%?10%的道次加工率經過3?4個矩形模具對所述線材進行旋鍛拉拔，得到矩形多芯復合帶材；
[0012]步驟六、在步驟五中所述矩形多芯復合帶材表面纏繞一層高硅氧玻璃纖維，然后盤圓，并將纏繞高硅氧玻璃纖維后的矩形多芯復合帶材兩端夾扁；所述高硅氧玻璃纖維是指SiO2含量為96%以上的玻璃纖維；
[0013]步驟七、將步驟六中兩端夾扁后的矩形多芯復合帶材置于不銹鋼板上，一同放入真空爐中抽真空，待真空度達到2Pa以下，以10°C /min?20°C /min的升溫速率升溫至600°C?700°C，恒溫Ih?4h后自然冷卻；然后對自然冷卻后的矩形多芯復合帶材進行3?4次時效熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材；所述時效熱處理的過程為:抽真空，待真空度達到5 X KT2Pa以下，以1°C /min?3°C /min的升溫速率升溫至380°C?420°C，恒溫20h?40h后自然冷卻。
[0014]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，步驟三中所述正六邊形的邊長為2mm ?3mm0
[0015]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，步驟四中所述Cu-NbTi單芯棒由外層的無氧銅層、中間層鈮層和內層NbTi合金層三層組成；所述無氧銅層、鈮層和NbTi合金層的質量比為1: (0.1?0.15): (0.8?1.2)，其中NbTi合金層中Nb的質量百分含量為50%?54%，余量為Ti。[0016]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，步驟四中所述Cu-Ni合金管中Cu的質量百分含量為85%?90%，余量為Ni。
[0017]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，驟四中所述Cu-Ni合金管的外徑為24mm?36mm,壁厚為3mm?4mm。
[0018]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，步驟五中所述旋鍛拉拔和孔型軋制相結合的加工方法為:先采用15%?20%的道次加工率對二次復合體進行旋鍛拉拔，然后采用10%?15%的道次加工率進行孔型軋制，再采用10%?15%的道次加工率進行旋鍛拉拔。
[0019]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，步驟五中所述線材為直徑
1.6mm?2.0mm的圓形線材。
[0020]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，步驟五中所述矩形多芯復合帶材的寬度為1.4mm?1.7mm,厚度為1.0mm?1.2mm。
[0021]上述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，步驟六中所述高硅氧玻璃纖維為S級高硅氧玻璃纖維。
[0022]本發(fā)明與現有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0023]1、本發(fā)明采用溶液包覆工藝制備裝管前驅粉，可以保證摻雜C均勻分布，不會造成團聚現象，并且分解產生的C活性高，在較低的溫度下就可以起到摻雜作用，而較低的熱處理溫度可以保證較細的晶粒，較細的晶粒則可以提供更有效的釘扎中心，提高帶材在較高磁場條件下的臨界電流及擴散層對帶材超導性能的影響。
[0024]2、采用本發(fā)明的方法制備的復合超導帶材較單一的MgB2和NbTi超導材料具有更寬的溫度使用范圍和更高的使用磁場。當溫度大于9.8K時，由MgB2超導芯絲提供傳輸電流；當溫度小于9.8K時，由MgB2芯絲和NbTi超導芯絲共同提供傳輸電流。而且當鈮鈦超導材料失去超導電性后，在MgB2超導體超導轉變溫度以下，尤其是在20-35K，MgB2芯絲可以起到很好的分流作用，將NbTi超導芯絲中絕大部分電流分流到具有零電阻效應的MgB2S絲中，從而對磁體系統(tǒng)進行很好的保護。
[0025]3、本發(fā)明的NbTi超導芯絲可以為MgB2超導體提供機械強度支撐，從而滿足更高強度的使用。多芯線所選用的特殊的組裝結構，有利于改善粉體流動性、抑制缺陷產生，制備的多芯帶材的整體尺寸以及芯絲尺寸更均勻。
[0026]4、本發(fā)明采用中心增強的結構，有效強化了 MgB2晶粒的連接性，且外層包套材料選用Cu-Ni合金，不但可以保證多芯帶材具有優(yōu)良的導電性能和導熱性能，而且由于其強度較高可以改善MgB2芯絲內粉體的流動性，并且使得帶材的機械強度增加。
[0027]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明第一種實施方式和第二種實施方式中的二次復合體的結構示意圖。
[0029]圖2為本發(fā)明第三種實施方式、第四種實施方式和第五種實施方式中的二次復合體的結構示意圖。
[0030]附圖標記說明:
[0031]I—Cu-Ni 合金管；2 — Cu-Nb-MgB2 單芯棒；3 — Cu-NbTi 單芯棒。【具體實施方式】
[0032]實施例1
[0033]步驟一、將無定形硼粉和鎂粉按照Mg: B=I: 2的原子比配料，混合均勻，然后向混合物中加入蘋果酸乙醇溶液，在200r/min下攪拌90min，得到混合漿體；所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量為無定形硼粉和鎂粉總質量的10% ;所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量百分比濃度為15%;
[0034]步驟二、將步驟一中所述混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中，在50°C下真空焙干，研磨得到粉末；將所述粉末置于管式爐中，在氬氣保護下以0.5°C /min的速率升溫至180°C后恒溫2h進行低溫分解處理，隨爐冷卻后研磨均勻得到裝管前驅粉；
[0035]步驟三、將步驟二中所述裝管前驅粉裝入外徑為10mm，壁厚為Imm的Nb管中，得到裝管復合體；采用15%的道次加工率對所述裝管復合體進行旋鍛拉拔，得到具有邊長為2mm的正六邊形截面的Cu-Nb-MgB2單芯棒2 ;再對所述Cu-Nb-MgB2單芯棒2按照Im的長度進行定尺和截斷，然后酸洗去除表面氧化皮；
[0036]步驟四、按照圖1的方式，將9根步驟三中經酸洗后的Cu-Nb-MgB2單芯棒2和10根具有邊長為2mm的正六邊形截面的Cu-NbTi單芯棒3裝入Cu-Ni合金管I中進行二次組裝，得到二次復合體；所述二次復合體的結構為:1根Cu-NbTi單芯棒3位于Cu-Ni合金管I中心，9根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和9根Cu-NbTi單芯棒3分為內、外兩層圍繞位于Cu-Ni合金管I中心的Cu-NbTi單芯棒3，其中內層由3根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和3根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成，外層由6根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和6根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成；所述Cu-NbTi單芯棒3的尺寸與Cu-Nb-MgB2單芯棒2的尺寸相同；所述Cu-NbTi單芯棒3由外層的無氧銅層、中間層鈮層和內層NbTi合金層三層組成，其中無氧銅層、鈮層和NbTi合金層的質量比為1: 0.1: 0.8，其中NbTi合金層中Nb的質量百分含量為50%，余量為Ti ;所述Cu-Ni合金管I中Cu的質量百分含量為85%，余量為Ni ;所述Cu-Ni合金管I的外徑為24mm,壁厚為3mm ；
[0037]步驟五、先采用20%的道次加工率對步驟四中所述二次復合體進行4道次的旋鍛拉拔，然后采用10%的道次加工率進行10道次的孔型軋制，再采用10%的道次加工率進行旋鍛拉拔，得到直徑為1.6_的圓形線材；采用10%的道次加工率經過3個矩形模具對所述線材進行旋鍛拉拔，得到寬度為1.4mm，厚度為1.0mm的矩形多芯復合帶材；
[0038]步驟六、在步驟五中所述矩形多芯復合帶材表面纏繞一層S級高硅氧玻璃纖維，然后盤圓，并將纏繞S級高硅氧玻璃纖維后的矩形多芯復合帶材兩端夾扁(以降低鎂的損失);
[0039]步驟七、將步驟六中兩端夾扁后的矩形多芯復合帶材置于不銹鋼板上，一同放入真空爐中抽真空，待真空度達到1.9Pa后，以10°C /min的升溫速率升溫至600°C，恒溫4h后自然冷卻；然后對自然冷卻后的矩形多芯復合帶材進行3次時效熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材；所述時效熱處理的過程為:抽真空，待真空度達到4.7X10_2Pa后，以1°C /min的升溫速率升溫至380°C，恒溫后自然冷卻；3次時效熱處理的恒溫時間分別為20h、30h、40h。
[0040]本實施例制備的矩形多芯復合超導帶材在20K，IT時，臨界電流密度Jc達到6.1 X 104A/cm2,4.2K，6T時，臨界電流密度Jc達到9.8 X 104A/cm2，機械強度中的Rpa2達到了 164MPa。
[0041]實施例2
[0042]步驟一、將無定形硼粉和鎂粉按照Mg: B=I: 2的原子比配料，混合均勻，然后向混合物中加入蘋果酸乙醇溶液，在400r/min下攪拌30min，得到混合漿體；所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量為無定形硼粉和鎂粉總質量的30% ;所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量百分比濃度為25%;
[0043]步驟二、將步驟一中所述混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中，在60°C下真空焙干，研磨得到粉末；將所述粉末置于管式爐中，在氬氣保護下以1°C /min的速率升溫至200°C后恒溫Ih進行低溫分解處理，隨爐冷卻后研磨均勻得到裝管前驅粉；
[0044]步驟三、將步驟二中所述裝管前驅粉裝入外徑為10mm，壁厚為Imm的Nb管中，得到裝管復合體；采用12%的道次加工率對所述裝管復合體進行旋鍛拉拔，得到具有邊長為3mm的正六邊形截面的Cu-Nb-MgB2單芯棒2 ;再對所述Cu-Nb-MgB2單芯棒2按照1.2m的長度進行定尺和截斷，然后酸洗去除表面氧化皮；
[0045]步驟四、按照圖1的方式，將9根步驟三中經酸洗后的Cu-Nb-MgB2單芯棒2和10根具有邊長為3mm的正六邊形截面的Cu-NbTi單芯棒3裝入Cu-Ni合金管I中進行二次組裝，得到二次復合體；所述二次復合體的結構為:1根Cu-NbTi單芯棒3位于Cu-Ni合金管I中心，9根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和9根Cu-NbTi單芯棒3分為內、外兩層圍繞位于Cu-Ni合金管I中心的Cu-NbTi單芯棒3，其中內層由3根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和3根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成，外層由6根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和6根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成；所述Cu-NbTi單芯棒3的尺寸與Cu-Nb-MgB2單芯棒2的尺寸相同；所述Cu-NbTi單芯棒3由外層的無氧銅層、中間層鈮層和內層NbTi合金層三層組成，其中無氧銅層、鈮層和NbTi合金層的質量比為1: 0.15: 1.2，其中NbTi合金層中Nb的質量百分含量為54%，余量為Ti ;所述Cu-Ni合金管I中Cu的質量百分含量為90%，余量為Ni ;所述Cu-Ni合金管I的外徑為36mm,壁厚為4mm ；
[0046]步驟五、先采用15%的道次加工率對步驟四中所述二次復合體進行5道次的旋鍛拉拔，然后采用15%的道次加工率進行8道次的孔型軋制，再采用15%的道次加工率進行旋鍛拉拔，得到直徑為2.0mm的圓形線材；采用8%的道次加工率經過4個矩形模具對所述線材進行旋鍛拉拔，得到寬度為1.7mm，厚度為1.2mm的矩形多芯復合帶材；
[0047]步驟六、在步驟五中所述矩形多芯復合帶材表面纏繞一層S級高硅氧玻璃纖維，然后盤圓，并將纏繞S級高硅氧玻璃纖維后的矩形多芯復合帶材兩端夾扁(以降低鎂的損失);
[0048]步驟七、將步驟六中兩端夾扁后的矩形多芯復合帶材置于不銹鋼板上，一同放入真空爐中抽真空，待真空度達到1.5Pa后，以20°C /min的升溫速率升溫至700°C，恒溫Ih后自然冷卻；然后對自然冷卻后的矩形多芯復合帶材進行4次時效熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材；所述時效熱處理的過程為:抽真空，待真空度達到4.2X 10_3Pa后，以3°C /min的升溫速率升溫至420°C，恒溫后自然冷卻；4次時效熱處理的恒溫時間分別為20h、20h、20h、30ho
[0049]本實施例制備的矩形多芯復合超導帶材在20K，IT時，臨界電流密度Jc達到4.6 X 104A/cm2,4.2K，6T時，臨界電流密度Jc達到8.4X 104A/cm2，機械強度中的Rpa2達到了 121MPa。
[0050]實施例3
[0051]步驟一、將無定形硼粉和鎂粉按照Mg: B=I: 2的原子比配料，混合均勻，然后向混合物中加入蘋果酸乙醇溶液，在300r/min下攪拌60min，得到混合漿體；所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量為無定形硼粉和鎂粉總質量的20% ;所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量百分比濃度為20%;
[0052]步驟二、將步驟一中所述混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中，在55°C下真空焙干，研磨得到粉末；將所述粉末置于管式爐中，在氬氣保護下以1°C /min的速率升溫至200°C后恒溫Ih進行低溫分解處理，隨爐冷卻后研磨均勻得到裝管前驅粉；
[0053]步驟三、將步驟二中所述裝管前驅粉裝入外徑為10mm，壁厚為Imm的Nb管中，得到裝管復合體；采用15%的道次加工率對所述裝管復合體進行旋鍛拉拔，得到具有邊長為2.5mm的正六邊形截面的Cu-Nb-MgB2單芯棒2 ;再對所述Cu-Nb-MgB2單芯棒2按照1.3m的長度進行定尺和截斷，然后酸洗去除表面氧化皮；
[0054]步驟四、按照圖2的方式，將9根步驟三中經酸洗后的Cu-Nb-MgB2單芯棒2和10根具有邊長為2.5mm的正六邊形截面的Cu-NbTi單芯棒3裝入Cu-Ni合金管I中進行二次組裝，得到二次復合體；所述二次復合體的結構為:1根Cu-NbTi單芯棒3位于Cu-Ni合金管I中心，9根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和9根Cu-NbTi單芯棒3分為內、外兩層圍繞位于Cu-Ni合金管I中心的Cu-NbTi單芯棒3，其中內層由3根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和3根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成，外層由6根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和6根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成；所述Cu-NbTi單芯棒3的尺寸與Cu-Nb-MgB2單芯棒2的尺寸相同；所述Cu-NbTi單芯棒3由外層的無氧銅層、中間層鈮層和內層NbTi合金層三層組成，其中無氧銅層、鈮層和NbTi合金層的質量比為1: 0.12: 1.0，其中NbTi合金層中Nb的質量百分含量為52%，余量為Ti ;所述Cu-Ni合金管I中Cu的質量百分含量為88%，余量為Ni ;所述Cu-Ni合金管I的外徑為31mm,壁厚為3.5mm ；
[0055]步驟五、先采用18%的道次加工率對步驟四中所述二次復合體進行5道次的旋鍛拉拔，然后采用12%的道次加工率進行9道次的孔型軋制，再采用12%的道次加工率進行旋鍛拉拔，得到直徑為1.8mm的圓形線材；采用9%的道次加工率經過3個矩形模具對所述線材進行旋鍛拉拔，得到寬度為1.6mm，厚度為1.1mm的矩形多芯復合帶材；
[0056]步驟六、在步驟五中所述矩形多芯復合帶材表面纏繞一層S級高硅氧玻璃纖維，然后盤圓，并將纏繞S級高硅氧玻璃纖維后的矩形多芯復合帶材兩端夾扁(以降低鎂的損失);
[0057]步驟七、將步驟六中兩端夾扁后的矩形多芯復合帶材置于不銹鋼板上，一同放入真空爐中抽真空，待真空度達到1.6Pa后，以15°C /min的升溫速率升溫至650°C，恒溫2h后自然冷卻；然后對自然冷卻后的矩形多芯復合帶材進行4次時效熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材；所述時效熱處理的過程為:抽真空，待真空度達到3.8X 10_3Pa后，以2V Mn的升溫速率升溫至400°C，恒溫后自然冷卻；4次時效熱處理的恒溫時間分別為30h、30h、30h、40h。
[0058]本實施例制備的矩形多芯復合超導帶材在20K，1T時，臨界電流密度Jc達到5.3 X 104A/cm2,4.2K，6T時，臨界電流密度Jc達到10.4X 104A/cm2，機械強度中的Rpa2達到了 148MPa。
[0059]實施例4
[0060]步驟一、將無定形硼粉和鎂粉按照Mg: B=I: 2的原子比配料，混合均勻，然后向混合物中加入蘋果酸乙醇溶液，在300r/min下攪拌70min，得到混合漿體；所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量為無定形硼粉和鎂粉總質量的25% ;所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量百分比濃度為20%;
[0061]步驟二、將步驟一中所述混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中，在60°C下真空焙干，研磨得到粉末；將所述粉末置于管式爐中，在氬氣保護下以0.8°C /min的速率升溫至200°C后恒溫1.2h進行低溫分解處理，隨爐冷卻后研磨均勻得到裝管前驅粉；
[0062]步驟三、將步驟二中所述裝管前驅粉裝入外徑為10mm，壁厚為Imm的Nb管中，得到裝管復合體；采用12%的道次加工率對所述裝管復合體進行旋鍛拉拔，得到具有邊長為2.25mm的正六邊形截面的Cu-Nb-MgB2單芯棒2 ;再對所述Cu-Nb-MgB2單芯棒2按照1.0m的長度進行定尺和截斷，然后酸洗去除表面氧化皮；
[0063]步驟四、按照圖2的方式，將9根步驟三中經酸洗后的Cu-Nb-MgB2單芯棒2和10根具有邊長為2.25mm的正六邊形截面的Cu-NbTi單芯棒3裝入Cu-Ni合金管I中進行二次組裝，得到二次復合體；所述二次復合體的結構為:1根Cu-NbTi單芯棒3位于Cu-Ni合金管I中心，9根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和9根Cu-NbTi單芯棒3分為內、外兩層圍繞位于Cu-Ni合金管I中心的Cu-NbTi單芯棒3，其中內層由3根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和3根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成，外層由6根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和6根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成；所述Cu-NbTi單芯棒3的尺寸與Cu-Nb-MgB2單芯棒2的尺寸相同；所述Cu-NbTi單芯棒3由外層的無氧銅層、中間層鈮層和內層NbTi合金層三層組成，其中無氧銅層、鈮層和NbTi合金層的質量比為1: 0.1: 1.2，其中NbTi合金層中Nb的質量百分含量為54%，余量為Ti ;所述Cu-Ni合金管I中Cu的質量百分含量為85%，余量為Ni ;所述Cu-Ni合金管I的外徑為29mm,壁厚為3.5mm ；
[0064]步驟五、先采用18%的道次加工率對步驟四中所述二次復合體進行5道次的旋鍛拉拔，然后采用12%的道次加工率進行9道次的孔型軋制，再采用12%的道次加工率進行旋鍛拉拔，得到直徑為1.8mm的圓形線材；采用9%的道次加工率經過3個矩形模具對所述線材進行旋鍛拉拔，得到寬度為1.6mm，厚度為1.1mm的矩形多芯復合帶材；
[0065]步驟六、在步驟五中所述矩形多芯復合帶材表面纏繞一層S級高硅氧玻璃纖維，然后盤圓，并將纏繞S級高硅氧玻璃纖維后的矩形多芯復合帶材兩端夾扁(以降低鎂的損失);
[0066]步驟七、將步驟六中兩端夾扁后的矩形多芯復合帶材置于不銹鋼板上，一同放入真空爐中抽真空，待真空度達到1.3Pa后，以15°C /min的升溫速率升溫至680°C，恒溫2h后自然冷卻；然后對自然冷卻后的矩形多芯復合帶材進行3次時效熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材；所述時效熱處理的過程為:抽真空，待真空度達到4.0X 10_3Pa后，以1°C /min的升溫速率升溫至400°C，恒溫后自然冷卻；3次時效熱處理的恒溫時間分別30h、40h、40h。
[0067]本實施例制備的矩形多芯復合超導帶材在20K，1T時，臨界電流密度Jc達到
4.2 X 104A/cm2,4.2K，6T時，臨界電流密度Jc達到9.5 X 104A/cm2，機械強度中的Rpa2達到了 135MPa。
[0068]實施例5
[0069]步驟一、將無定形硼粉和鎂粉按照Mg: B=I: 2的原子比配料，混合均勻，然后向混合物中加入蘋果酸乙醇溶液，在350r/min下攪拌50min，得到混合漿體；所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量為無定形硼粉和鎂粉總質量的15% ;所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量百分比濃度為20%;
[0070]步驟二、將步驟一中所述混合漿體傾入培養(yǎng)皿中，放入真空烘箱中，在55°C下真空焙干，研磨得到粉末；將所述粉末置于管式爐中，在氬氣保護下以0.5°C /min的速率升溫至190°C后恒溫1.5h進行低溫分解處理，隨爐冷卻后研磨均勻得到裝管前驅粉；
[0071]步驟三、將步驟二中所述裝管前驅粉裝入外徑為10mm，壁厚為Imm的Nb管中，得到裝管復合體；采用12%的道次加工率對所述裝管復合體進行旋鍛拉拔，得到具有邊長為2.25mm的正六邊形截面的Cu-Nb-MgB2單芯棒2 ;再對所述Cu-Nb-MgB2單芯棒2按照1.0m的長度進行定尺和截斷，然后酸洗去除表面氧化皮；
[0072]步驟四、按照圖2的方式，將9根步驟三中經酸洗后的Cu-Nb-MgB2單芯棒2和10根具有邊長為2.25mm的正六邊形截面的Cu-NbTi單芯棒3裝入Cu-Ni合金管I中進行二次組裝，得到二次復合體；所述二次復合體的結構為:1根Cu-NbTi單芯棒3位于Cu-Ni合金管I中心，9根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和9根Cu-NbTi單芯棒3分為內、外兩層圍繞位于Cu-Ni合金管I中心的Cu-NbTi單芯棒3，其中內層由3根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和3根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成，外層由6根Cu-Nb-MgB2單芯棒2和6根Cu-NbTi單芯棒3交錯排列而成；所述Cu-NbTi單芯棒3的尺寸與Cu-Nb-MgB2單芯棒2的尺寸相同；所述Cu-NbTi單芯棒3由外層的無氧銅層、中間層鈮層和內層NbTi合金層三層組成，其中無氧銅層、鈮層和NbTi合金層的質量比為1: 0.15: 0.8，其中NbTi合金層中Nb的質量百分含量為52%，余量為Ti ;所述Cu-Ni合金管I中Cu的質量百分含量為88%，余量為Ni ;所述Cu-Ni合金管I的外徑為29mm，壁厚為3.5mm ；
[0073]步驟五、先采用18%的道次加工率對步驟四中所述二次復合體進行5道次的旋鍛拉拔，然后采用12%的道次加工率進行9道次的孔型軋制，再采用12%的道次加工率進行旋鍛拉拔，得到直徑為1.8mm的圓形線材；采用9%的道次加工率經過3個矩形模具對所述線材進行旋鍛拉拔，得到寬度為1.6mm，厚度為1.1mm的矩形多芯復合帶材；
[0074]步驟六、在步驟五中所述矩形多芯復合帶材表面纏繞一層S級高硅氧玻璃纖維，然后盤圓，并將纏繞S級高硅氧玻璃纖維后的矩形多芯復合帶材兩端夾扁(以降低鎂的損失);
[0075]步驟七、將步驟六中兩端夾扁后的矩形多芯復合帶材置于不銹鋼板上，一同放入真空爐中抽真空，待真空度達到2.0Pa后，以10°C /min的升溫速率升溫至650°C，恒溫3h后自然冷卻；然后對自然冷卻后的矩形多芯復合帶材進行4次時效熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材；所述時效熱處理的過程為:抽真空，待真空度達到5.0X10_2Pa后，以2°C /min的升溫速率升溫至400°C，恒溫后自然冷卻；4次時效熱處理的恒溫時間分別40h、20h、30h、40h。
[0076]本實施例制備的矩形多芯復合超導帶材在20K，1T時，臨界電流密度Jc達到
4.0X 104A/cm2,4.2K，6T時，臨界電流密度Jc達到9.3 X 104A/cm2，機械強度中的Rpa2達到了 125MPa。
[0077]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、將無定形硼粉和鎂粉按照Mg: B=I: 2的原子比配料，混合均勻，然后向混合物中加入蘋果酸乙醇溶液，在200r/min?400r/min下攪拌30min?90min,得到混合衆(zhòng)體；所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量為無定形硼粉和鎂粉總質量的10%?30% ;所述蘋果酸乙醇溶液中蘋果酸的質量百分比濃度為15%?25% ； 步驟二、將步驟一中所述混合漿體在50°C?60°C下真空焙干，研磨得到粉末；將所述粉末置于管式爐中，在氬氣保護下以0.50C /min?1°C /min的速率升溫至180°C?200°C后恒溫Ih?2h進行低溫分解處理，隨爐冷卻后研磨均勻得到裝管前驅粉； 步驟三、將步驟二中所述裝管前驅粉裝入Nb管中，得到裝管復合體；然后對所述裝管復合體進行旋鍛拉拔，得到具有正六邊形截面的Cu-Nb-MgB2單芯棒(2);再對所述Cu-Nb-MgB2單芯棒(2)進行定尺和截斷，然后酸洗去除表面氧化皮； 步驟四、將9根步驟三中經酸洗后的Cu-Nb-MgB2單芯棒(2)和10根具有正六邊形截面的Cu-NbTi單芯棒(3)裝入Cu-Ni合金管(I)中進行二次組裝，得到二次復合體；所述二次復合體的結構為:1根Cu-NbTi單芯棒(3)位于Cu-Ni合金管(I)中心，9根Cu-Nb-MgB2單芯棒(2)和9根Cu-NbTi單芯棒(3)分為內、外兩層圍繞位于Cu-Ni合金管(I)中心的Cu-NbTi單芯棒(3)，其中內層由3根Cu-Nb-MgB2單芯棒(2)和3根Cu-NbTi單芯棒(3)交錯排列而成，外層由6根Cu-Nb-MgB2單芯棒(2)和6根Cu-NbTi單芯棒(3)交錯排列而成；所述Cu-NbTi單芯棒(3)的尺寸與Cu-Nb-MgB2單芯棒(2)的尺寸相同； 步驟五、采用旋鍛拉拔和孔型軋制相結合的加工方法將步驟四中所述二次復合體加工成線材，然后采用8%?10%的道次加工率經過3?4個矩形模具對所述線材進行旋鍛拉拔，得到矩形多芯復合帶材；` 步驟六、在步驟五中所述矩形多芯復合帶材表面纏繞一層高硅氧玻璃纖維，然后盤圓，并將纏繞高硅氧玻璃纖維后的矩形多芯復合帶材兩端夾扁；所述高硅氧玻璃纖維是指SiO2含量為96%以上的玻璃纖維； 步驟七、將步驟六中兩端夾扁后的矩形多芯復合帶材置于不銹鋼板上，一同放入真空爐中抽真空，待真空度達到2Pa以下，以10°C /min?20°C /min的升溫速率升溫至600°C?700°C，恒溫Ih?4h后自然冷卻；然后對自然冷卻后的矩形多芯復合帶材進行3?4次時效熱處理，得到矩形多芯復合超導帶材；所述時效熱處理的過程為:抽真空，待真空度達到5 X KT2Pa以下，以1°C /min?3°C /min的升溫速率升溫至380°C?420°C，恒溫20h?40h后自然冷卻。
2.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，步驟三中所述正六邊形的邊長為2mm?3mm。
3.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述Cu-NbTi單芯棒(3)由外層的無氧銅層、中間層鈮層和內層NbTi合金層三層組成；所述無氧銅層、鈮層和NbTi合金層的質量比為1: (0.1?0.15): (0.8?1.2)，其中NbTi合金層中Nb的質量百分含量為50%?54%，余量為Ti。
4.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述Cu-Ni合金管(I)中Cu的質量百分含量為85%?90%，余量為Ni。
5.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，驟四中所述Cu-Ni合金管(I)的外徑為24mm?36mm,壁厚為3mm?4mm。
6.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，步驟五中所述旋鍛拉拔和孔型軋制相結合的加工方法為:先采用15%?20%的道次加工率對二次復合體進行旋鍛拉拔，然后采用10%?15%的道次加工率進行孔型軋制，再采用10%?15%的道次加工率進行旋鍛拉拔。
7.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，步驟五中所述線材為直徑1.6mm?2.0mm的圓形線材。
8.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，步驟五中所述矩形多芯復合帶材的寬度為1.4mm?1.7mm,厚度為1.0mm?1.2mm。
9.根據權利要求1所述的一種矩形多芯復合超導帶材的制備方法，其特征在于，步驟六中所述高硅氧玻璃 纖維為S級高硅氧玻璃纖維。
【文檔編號】H01B13/00GK103440931SQ201310419254
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】李成山, 劉國慶, 龐玉春, 張華榮, 熊曉梅, 楊芳, 焦高峰, 王慶陽, 馮建情, 閆果, 馮勇 申請人:西北有色金屬研究院, 寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司