[发明专利]一种Nb3Al/Nb多芯复合超导线材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超导材料领域，特别涉及一种Nb₃Al/Nb多芯复合超导线材的制备方法。

背景技术

Nb₃Al/Nb复合超导材料中的Nb₃Al超导相具有高临界温度(超导转变温度)、高临界磁场、高磁场下的高临界电流密度；其中的Nb部分在制备时起支撑作用，便于制备，制好后的材料中，Nb部分则能改善材料的机械性能，具有非常好的抗应变能力。它被认为是替代Nb₃Sn在高磁场下进行大规模应用的最佳超导材料，例如在核聚变、高能粒子加速器、核磁共振分析仪等方面的应用。目前，用于Nb₃Al/Nb超导线材的制备方法大致可分为两类：

第一类——管中棒(rod-in-tube)低温合成法。其前驱原料需要进行精细的组装，虽然低温合成法的后期合成温度较低，但制得的超导线材偏离Nb₃Al化学计量比明显，这主要是由于合成温度没有达到Nb₃Al的成相温度，只能形成少量的Nb₃Al相，使得Nb₃Al超导相中混入Nb₂Al等杂质，导致其超导转变温度及高磁场下的临界电流密度较低。

第二类——RHQT(急热急冷转变)方法。是将管中棒法制成的线材利用欧姆加热处理加热到1900度以上，再淬火以形成过饱和的bcc固熔体Nb(Al)ss，然后在1000度以下进行退火，将Nb(Al)ss转化形成Nb₃Al相。该方法采用“卷轴到卷轴”的设备(reel-to-reel apparatus)，将前驱体线材匀速地从一个卷轴输出，经由铜电极滚轮进入液态Ga(镓)中，然后再被另一个卷轴被卷起。先由电流通过位于铜电极与液态Ga之间的前驱体线材进行欧姆加热处理过程，加热后的前驱体线材很快进入液态Ga中进行Ga浴淬火。另外，用叠层卷制法或管中棒法制成的前驱体线材外层为铜，欧姆加热处理时的温度明显高于铜的熔点，所以在进行欧姆加热之前须用酸洗方法除去这层铜，去铜操作复杂。利用这种方法合成的Nb₃Al/Nb线材的性能高度依赖于欧姆加热处理过程中线材获得的最高温度(T_max)。由于液Ga平面的减小和线材的弯曲或振动均会造成加热时间的延长，因此，即使欧姆加热电流保持不变，也不能保证线材获得的最高温度(T_max)不变，合成的Nb₃Al/Nb线材的性能也得不到保证。可见，RHQT方法工艺复杂、周期长、效率低下，反应条件难以控制，所合成的Nb₃Al/Nb线材性能的均匀性或一致性很难保证。

发明内容

本发明的目的就是提出一种Nb₃Al/Nb多芯复合超导线材的制备方法，该方法制得的复合超导线材纯度高、整体致密均匀，无分离现象，超导性能稳定优良；制备工艺简单、制备周期短、效率高；满足实用要求，有利于规模化生产。

本发明为实现其发明目的所采用的技术方案是：一种Nb₃Al/Nb多芯复合超导线材的制备方法，其具体步骤是：

a、按Nb₃Al的化学计量比称取Nb箔和Al箔；将称取的Nb箔和Al箔重叠并缠绕在Nb棒上，形成缠绕棒；再将缠绕棒装入Nb管中；将该Nb管拉拔成直径为0.8-1mm的细线，即制得单芯线材；

b、将a步制得的单芯线材截成等长的多段；再将这些等长的单芯线材整齐的装入Nb管中，并在Nb管的中轴线上放置一根与单芯线材等长的Nb棒；然后将Nb管拉拔、轧制成直径为1-2.5mm的圆形或扁形的线材，即制得多芯线材；

c、将b步制得的多芯线材截成长度为10cm的短线材，利用脉冲电源在真空条件下对短线材进行0.05-0.2秒的1900-2100℃的高温处理，即制得Nb₃Al/Nb多芯复合超导线材。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：