[发明专利]一种高纯铌-无氧铜复合板材的爆炸焊接制造方法

说明书

本发明公开了一种高纯铌‑无氧铜复合板材的爆炸焊接制造方法，该方法以高纯铌板作为复板，以无氧铜板作为基板，通过爆炸焊接的方式制造高纯铌‑无氧铜复合板材；所述高纯铌板的质量纯度不小于99.99％，高纯铌板的厚度不大于2mm，所述无氧铜板中的氧含量小于2ppm，无氧铜板的厚度大于10mm。本发明采用爆炸焊接使高纯铌板的复合面与无氧铜板之间发生高速碰撞形成固相冶金结合进行复合，避免了加热轧制过程中高纯铌板材的氧化和无氧铜板材吸氧的缺陷，克服了两种延伸率均较大的高纯板材难于冷轧轧制复合的难题，且保持了高纯铌材料优良的超导性能，同时无氧铜板增加了超导腔体的厚度，从而增强了超导腔体的机械稳定性。

技术领域

本发明属于高纯金属复合板材制造技术领域，具体涉及一种高纯铌-无氧铜复合板材的爆炸焊接制造方法。

背景技术

随着人类社会对能源的需求进一步增长，核裂变能成为我国能源发展战略规划中的支柱能源之一。核电运行产生的核燃料累积存量将达到约10000吨，如何妥善处置核燃料特别是其中的长寿命高放废料，是我国乃至国际核能界无法回避的重大问题，也是影响核电可持续发展的瓶颈问题之一。加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System简称ADS)是国际公认为的最有前景的长寿命核废料安全处理处置手段。

重离子加速器是用人工方法产生高速离子束流的装置，是探索基本相互作用、物质结构和宇宙演化的重要工具，也是研发关乎经济社会发展和国家安全的先进核技术的平台。为了探索原子核存在极限和奇特结构、宇宙中从铁到铀元素的来源等重大前沿科学问题，提出建造重大科技基础设施—“强流重离子加速器装置”(High Intensity Heavy-ionAccelerator Facility，简称HIAF)。这将是我国在后处理领域的一个重点发展方向。

高纯铌以其优越的超导性能、高导热性运用于高能物理学中，其主要用作超导腔体，是大型高能粒子加速器的核心部件。运用高纯铌制成的超导腔体可以在高温与低温下交替运行而不影响其超导性能，保证组成的加速器可以长期运行，成为加速器使用的优选材料。但高纯铌原料制备较难，且造价太高，科学研究寻求高纯铌的复合板来代替高纯铌材料，在保证高纯铌材料发挥其超导性能的同时，降低设备成本，节约稀有金属能源。

无氧铜电导率高，加工性能较稳定，焊接性、耐蚀性和低温性能好，其密度略高于高纯铌。有研究采用高纯铌-无氧铜复合板代替原有高纯铌板，将高纯铌-无氧铜复合板制成超导腔体，由于超导腔体内部为复合板的高纯铌表面，仍保持高纯铌优异的超导性能。与高纯铌超导腔体相比，高纯铌-无氧铜复合板超导腔体除了可提高超导腔体的刚度外，可以大幅降低超导腔的造价。与铜铌溅射腔体相比，二者均可降低超导腔体造价、增强超导腔体的机械稳定性、增加超导腔体的导热能力，因此均有利于超导加速器的持续稳定运行，但是高纯铌-无氧铜复合板超导腔体的射频性能优于铌铜溅射腔。与铌基Nb₃Sn薄膜超导腔体相比，高纯铌-无氧铜复合板超导腔体的Q值低(Q为品质因数)，运行费用较高，但是高纯铌-无氧铜复合板超导腔体的造价更低，机械稳定性更好，导热能力更强，更有利于超导加速器的长期稳定运行，这将是射频超导大科学装置在上述能源问题及科技、国防、工业得以应用的前提。因此，高纯铌-无氧铜复合腔技术将是最符合大科学装置设计、运行需求的方向。稳定的生产出高纯铌-无氧铜(Nb/Cu)复合板材，为我国射频超导大科学装置的加速结构选择提供另外一条可行的技术路线，具有重要的理论意义和工程应用价值。

申请号为201510738639.4的发明专利中公开了爆炸焊接铌钢复合板的方法，实现大面积的连续焊接，解决了铌/钢爆炸复合贴合率和剪切强度以及直接一次爆炸复合的问题，满足了国内机械制造以及化工用材等的需要。但对铌-铜复合板材制备的方法尚无专有技术，尤其是没有对两种高纯金属复合板材的制备技术的公布，且此高纯铌-无氧铜复合板材需保证高纯铌材料优良的超导性能。

发明内容