專利名稱:一種以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法，涉及內(nèi)Sn法多芯Nb3Sn超導(dǎo)股線制備時所需要的Cu基多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法。
技術(shù)背景多芯Nb3Sn超導(dǎo)股線是一種具有優(yōu)異超導(dǎo)性能的高場超導(dǎo)材料，是制作10T以上超導(dǎo)磁體最理想的超導(dǎo)材料之一。采用內(nèi)Sn法工藝制備這種股線受到歐、美、日等發(fā)達國家的高度重視，它不僅克服了青銅法制備工藝中需要多次退火的缺點，而且超導(dǎo)性能比后者更加優(yōu)異。在內(nèi)Sn法工藝中，首先制備出Cu基多芯Cu/Nb復(fù)合管，填入Sn芯后加工成Cu/Nb/Sn復(fù)合棒(亞組元)，將19(或37或61)根這樣的亞組元集束裝入Cu/Ta/Cu復(fù)合管中構(gòu)成最終坯料，然后加工最終坯料至所需尺寸的復(fù)合股線后進行Nb3Sn的生成熱處理。在熱處理中Sn與Cu生成Sn青銅后，青銅中的Sn與Nb固態(tài)擴散生成Nb3Sn層。顯然，制備亞組元所需的Cu基多芯Cu/Nb復(fù)合管是內(nèi)Sn法多芯Nb3Sn超導(dǎo)股線制備的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了制備出在Cu基體中嵌有百根以上Nb芯的多芯Cu/Nb復(fù)合管，在復(fù)合管中Nb芯分布及尺寸均勻，與Cu基體具有良好的冶金結(jié)合，復(fù)合管內(nèi)徑尺寸及Cu、Nb體積百分比可控，復(fù)合管內(nèi)壁光滑平整，有利于后續(xù)的復(fù)合股線加工時Nb不出現(xiàn)斷芯情況的Cu基多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法，其特征在于其制備過程依次為(a)將配置好的Nb棒和Cu管酸洗、脫水、烘干后，將Nb棒插入Cu管中加工成六角棒，定長截斷制成六角Cu-Nb復(fù)合芯棒；(b)將大管徑的外殼Cu套管和小管徑內(nèi)襯Cu管同軸套裝在一起，將制得的六角Cu-Nb復(fù)合芯棒緊密集束排列在外殼Cu套與內(nèi)襯Cu管之間形成的間隙中制成Cu/Cu-Nb/Cu復(fù)合包套管；(c)將制成的Cu/Cu-Nb/Cu復(fù)合包套管的兩端用Cu蓋焊接蓋封，焊接蓋封過程在真空下進行；
(d)將封焊后的復(fù)合包套管在600-650℃下擠壓獲得以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管，擠壓比控制為7-11；在管材矯直機上對擠壓管進行矯直、去掉頭尾、酸洗后，制得成品多芯Cu/Nb復(fù)合管。
本發(fā)明方法制備的Cu/Nb復(fù)合管，由于是采用熱擠壓技術(shù)獲得，位于Cu基體中的Nb芯與Cu之間具有良好的冶金結(jié)合，復(fù)合包套組裝時的Cu-Nb芯棒是按照密排六方集束，芯棒在擠壓過程中不易錯位，保證了Nb芯在Cu基體中的分布與尺寸均勻，也不會改變復(fù)合包套中的Cu、Nb體積百分比；復(fù)合包套在擠壓中使用表面光潔度高的擠壓針，確保了多芯Cu/Nb復(fù)合管內(nèi)壁的光滑平整；在復(fù)合管中Cu與Nb的良好冶金結(jié)合保證了隨后復(fù)合股線加工過程中Nb芯不易斷裂。將多芯Cu/Nb復(fù)合管使用在內(nèi)Sn法Nb3Sn股線的長線制備中，股線(Φ0.81mm)的單根線長度超過2500m，Nb芯尺寸可達4μm，而且在加工過程不易出現(xiàn)斷裂情況。
具體實施方式一種以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法，其制備過程依次為(a)將配置好的Nb棒和Cu管酸洗、脫水、烘干后，將Nb棒插入Cu管中按所需的Cu、Nb體積比和尺寸加工成六角棒，將這樣的六角棒按所需長度截斷形成復(fù)合芯棒。(b)將加工好的外殼Cu套、內(nèi)襯Cu管酸洗、脫水、烘干后和(a)中的復(fù)合芯棒組裝成Cu/Cu-Nb/Cu復(fù)合包套，百根以上的Cu-Nb芯棒在復(fù)合包套中按密排六方集束在外殼Cu套與內(nèi)襯Cu管之間。復(fù)合包套的上下兩端有Cu蓋蓋封，采用真空電子束焊接設(shè)備對復(fù)合包套進行封焊，整個封焊過程在10-3Pa以上的真空下進行。(c)將封焊后的復(fù)合包套在600-650℃下擠壓獲得以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管，擠壓比控制為7-11；(d)在管材矯直機上對擠壓管進行矯直、去掉頭尾、酸洗后即可獲得成品多芯Cu/Nb復(fù)合管。
下面結(jié)合實例對本發(fā)明的方法作進一步說明。
實施例1將純度為99.99％和99.99％的Cu管和Nb棒復(fù)合(Nb棒插入Cu管中)后加工成Cu、Nb體積比為1.3、對邊尺寸為4.5mm、長度為200mm的六角復(fù)合芯棒。使用純度為99.99％的Cu管坯加工成外徑Φ98.5mm、內(nèi)徑Φ92.0mm、高220mm的Cu外殼，外徑Φ27.0mm、內(nèi)徑Φ15.0mm、高220mm的內(nèi)襯Cu管及上下Cu蓋。將324根Cu-Nb六角芯棒及Cu組件酸洗、脫水烘干后組裝成帶有上下Cu蓋的Cu/Cu-Nb/Cu復(fù)合包套，324根Cu-Nb芯棒在復(fù)合包套中位于Cu外殼和內(nèi)襯管之間，按密排六方集束。組裝好的復(fù)合包套使用真空電子束焊接設(shè)備進行封焊，整個封焊過程在10-3Pa以上的真空下進行。封焊后的復(fù)合包套經(jīng)檢漏合格后，在600-650℃下擠壓成外徑Φ35.0mm，內(nèi)徑Φ14.3mm的Cu/Nb復(fù)合管，擠壓比～10。復(fù)合管經(jīng)矯直、去頭尾、酸洗后獲得成品Cu/Nb復(fù)合管材。金相觀察復(fù)合管的橫截面，Nb芯分布及尺寸均勻，與Cu基體達到了良好的冶金結(jié)合。
將Cu/Nb復(fù)合管材使用在內(nèi)Sn法Nb3Sn股線的長線加工中，復(fù)合股線(Φ0.81mm)單根線長度超過2500m，加工過程中未出現(xiàn)斷裂情況。在Φ0.81mm復(fù)合股線中Nb芯尺可達4μm左右，復(fù)合股線使用HNO3與水的混合液腐蝕未發(fā)現(xiàn)斷芯情況。這種復(fù)合股線經(jīng)過Nb3Sn生成熱處理后，股線非Cu區(qū)的超導(dǎo)臨界電流密度Jcn(4.2K，12T，0.1μv/cm)達到1000A/mm2以上。
實施例2復(fù)合包套各組件的材料純度、芯棒制備方法及尺寸、復(fù)合包套的組裝、封焊、熱擠壓工藝同實例1，不同的是，324根六角Cu/Nb復(fù)合芯棒的Cu、Nb體積比為1.0，擠壓后的復(fù)合管材外徑尺寸為Φ35.Omm、內(nèi)徑尺寸為Φ13.0mm，擠壓比～11。多芯Cu/Nb復(fù)合管的橫截面金相觀察結(jié)果及使用在內(nèi)Sn法Nb3Sn復(fù)合股線的長線加工結(jié)果與實例1相同。
實施例3復(fù)合包套各組件的材料純度、芯棒制備方法、復(fù)合包套的組裝、封焊、熱擠壓工藝同實例1，不同的是復(fù)合包套中的Cu/Nb六角芯棒對邊尺寸為6.5mm、總芯數(shù)為144，芯棒中Cu、Nb體積比為1.5，擠壓后的復(fù)合管材外徑尺寸為Φ45.0mm，內(nèi)徑尺寸為Φ18.00mm，擠壓比～7。金相觀察多芯Cu/Nb復(fù)合管的橫截面結(jié)果及使用在內(nèi)Sn法Nb3Sn復(fù)合股線的長線加工結(jié)果與實例1相同。
權(quán)利要求
1.以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法，其特征在于其制備過程依次為(a)將配置好的Nb棒和Cu管酸洗、脫水、烘干后，將Nb棒插入Cu管中加工成六角棒，定長截斷制成六角Cu-Nb復(fù)合芯棒；(b)將大管徑的外殼Cu套管和小管徑內(nèi)襯Cu管同軸套裝在一起，將制得的六角Cu-Nb復(fù)合芯棒緊密集束排列在外殼Cu套與內(nèi)襯Cu管之間所形成的間隙中制成Cu/Cu-Nb/Cu復(fù)合包套管；(c)將制成的Cu/Cu-Nb/Cu復(fù)合包套管的兩端用Cu蓋焊接蓋封，封蓋和焊接過程在真空下進行；(d)將封焊后的復(fù)合包套管在600-650℃下擠壓獲得以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管，擠壓比控制為7-11；在管材矯直機上對擠壓管進行矯直、去掉頭尾、酸洗后，制得成品多芯Cu/Nb復(fù)合管。
專利摘要
一種以Cu為基體的多芯Cu/Nb復(fù)合管的制備方法，涉及內(nèi)Sn法多芯Nb
文檔編號H01B12/00GK1996507SQ200610156331
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月29日
發(fā)明者唐先德, 張平祥, 李春廣, 李昆, 楊明, 劉向宏, 馮勇, 盧亞鋒, 周廉 申請人:西北有色金屬研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan