[发明专利]一种Ti掺杂内锡法Nb3

说明书

本发明属于超导材料加工技术领域，涉及一种Ti掺杂内锡法Nb₃Sn前驱体线材的制备方法，包括：制作六方形的Cu/Nb‑Ti/Nb复合棒，将若干根Cu/Nb‑Ti/Nb复合棒和中心Cu棒装入包含阻隔层的一次铜包套中，经过真空电子束焊接密封、热等静压和热挤压等工序，加工成多芯复合棒材；对多芯复合棒材进行中心钻孔，并插入Sn或者Sn合金棒，加工成Cu‑Nb‑Sn亚组元，将若干根该亚组元装入二次铜包套管中，并通过拉拔和辊轧等塑性加工，最终加工成Ti掺杂的内锡法Nb₃Sn前驱体线材。该方法制备的Nb₃Sn线材，塑性加工过程中不容易断线，各项性能指标与常规方法制得线材的各项性能指标相当，导线成品率更高、线材制备成本更低。

技术领域

本发明属于超导材料制备技术领域，涉及一种Ti掺杂内锡法Nb₃Sn前驱体线材的制备方法。

背景技术

铌三锡（Nb₃Sn）低温超导体是目前10 T以上高场超导磁体应用最主要的材料，已在高能粒子加速器、核磁共振谱仪（NMR）、以及磁约束核聚变（ITER）等较多领域有广泛的应用。通常的Nb₃Sn超导线材的制备方法主要有内锡法和青铜法；前者能提供充足的Sn源，加工周期短，制造成本低，在高磁场下能承载更大的输运临界电流，因此，内锡法Nb₃Sn超导线材是目前制备强磁场（12 T~20 T）用超导磁体的主要选择。

一般说来，内锡法Nb₃Sn超导线材前驱体导线主要采用三次复合的方法制备，主要步骤如下：（1）第一次复合是将Nb棒与铜包套管复合成单芯棒；（2）第二次复合是将若干根Cu-Nb单芯棒和中心铜棒装入铜包套，并通过真空电子束封装、热等静压和热挤压等工序进行复合，制作成多芯复合棒。随后，将多芯复合棒中心钻孔，并插入锡（Sn）棒；同时经过拉拔加工成Cu/Nb-Sn亚组元；（3）第三次复合是将若干根Cu/Nb-Sn亚组元装入Cu管中，然后通过拉拔、轧制等冷加工手段，制作成Nb₃Sn超导线材前驱体导线；最后，经过热处理后生成Nb₃Sn超导线材。

由于Nb₃Sn属于晶界钉轧超导体，即晶粒尺寸越小，单位体积内晶界面积越大，其超导性能也越好，同时高场下临界电流密度也越高。为了抑制Nb₃Sn超导体热处理过程中晶粒生长速度，减小超导体晶粒尺寸，通常会在Nb₃Sn超导体中引入少量的Ti元素掺杂。

目前常规的引入Ti元素掺杂的方法是在第二次复合包套中，利用Cu/Nb-47Ti（Nb-47wt.%Ti合金）棒材替代部分的Cu-Nb复合棒材，从而实现Ti元素的引入，如图1所示，随后在热处理过程中，Ti元素经过Cu作为路径，扩散到周围的Nb棒中，从而达到抑制Nb₃Sn超导体晶粒生长的目的。在现有的方法中，由于Nb-47Ti棒材与Nb棒的硬度和延展性存在差异，同时在导线塑性加工过程中，由于加工硬化速率不同，导致该结构线材加工困难，而造成经常性断线，从而降低了线材的成品率，增加了导线制备成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方法中线材塑性加工性能差、容易断线的缺点，提供一种新型的Ti掺杂内锡法Nb₃Sn前驱体线材的制备方法，显著改善目前内锡法Nb₃Sn线材的塑性加工特性，提升线材的成品率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案；

一种Ti掺杂内锡法Nb₃Sn前驱体线材的制备方法，包括以下步骤：

（1）制作一次复合棒：将Nb棒插入Nb-Ti合金管中，再将所得到的Nb-Ti /Nb复合棒插入到内圆外六方形的Cu管中，形成Cu/Nb-Ti/Nb复合棒；