[发明专利]一种超导线带材的制备方法

说明书

本发明公开了一种超导线带材的制备方法，该方法包括以下步骤：一、向金属管中装填超导材料前驱体装管粉末，并封装金属管底端和顶端并焊接，得到粉末装管坯料棒；二、将粉末装管坯料棒预冷却后在低温冷却条件下进行拉拔，得到一次拉拔坯；三、更换拉拔模具，对一次拉拔坯依次重复上述工艺，得到超导线材。本发明通过对粉末装管坯料棒进行低温场预冷却并在低温冷却条件下进行拉拔，在增强包套材料金属管的机械强度的同时增强其变形塑性，减小了包套材料与超导材料前驱体装管粉末之间的机械力学性能差异，提升了粉末装管坯料棒的加工性能，从而提高了超导线材的载流性能和机械强度，实现了超导线材的长线批量化高效生产。

技术领域

本发明属于超导材料制备技术领域，具体涉及一种超导线带材的制备方法。

背景技术

粉末装管法(Power-in-Tube，PIT)是一种常用的制备超导材料线材的加工制备技术。PIT工艺制备超导材料的过程可以简单概况为：将超导材料的前驱体粉末装填入金属包套中，对金属-粉体组装的复合材料进行多道次变形加工，并经过多次组装并集束变形的加工，最终获得所需制备的目标尺寸和结构的超导线材的过程。目前，包括Bi-2212、Bi-2223、Fe基在内的超导材料的制备都通过PIT工艺实现。

出于提高载流性能、降低交流损耗等目的，超导线、带材的结构设计往往是多芯丝复合结构。最终线材的芯丝数量根据结构型号不同，从几百芯到上千芯不等，而单个芯丝最终的尺寸控制在10～20μm左右。从坯材到最终成品线材的加工过程中，材料变形加工量大，且往往经过多次组装复合，因此，加工性能是影响超导线材最终性能的一个重要因素。

在PIT法制备超导线材的过程中，由于包套材料与芯丝粉末之间存在巨大的力学性能差异，限制了其加工性能，也限制了可实现加工的超导线材最终芯丝数量。此外，在长线制备过程中，易出现断线、断芯、性能波动等问题，严重制约其实用化潜能。因此需要寻求一种通过对包套增强增塑，减小变形过程中包套材料与芯丝粉体的机械性能差异，提高PIT工艺超导线材的可加工性的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种超导线带材的制备方法。该方法通过对粉末装管坯料棒进行低温场预冷却并在低温冷却条件下进行拉拔，在增强包套材料金属管的机械强度的同时增强其变形塑性，减小了包套材料与超导材料前驱体装管粉末之间的机械力学性能差异，提升了粉末装管坯料棒的加工性能，获得更好的致密化效果以及芯丝-包套界面，从而提高了超导线材的载流性能和机械强度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超导线带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用底端金属堵头封装金属管底端，然后向金属管中装填超导材料前驱体装管粉末，并采用顶端金属堵头封装金属管顶端，再对底端金属堵头、顶端金属堵头与金属管进行焊接至无缝隙，得到粉末装管坯料棒；

步骤二、打开超导线材拉拔设备，将步骤一中得到的粉末装管坯料棒装入预冷管道中并接入拉拔模具，然后通过控制终端设定控温程序，并打开控制阀门，使得存储在储存罐中的冷却介质在增压泵作用下进入低温箱内对粉末装管坯料棒和拉拔模具进行预冷却，再启动拉拔模具在低温冷却条件下进行拉拔，得到一次拉拔坯；

步骤三、将超导线材拉拔设备更换拉拔模具，然后对步骤二中得到的一次拉拔坯依次重复步骤二中的装入预冷管道中并接入拉拔模具工艺、预冷却工艺和拉拔工艺，直至完成多道次拉拔加工获得单芯线材，即得到超导线材。

与传统的室温下粉末装管法变形加工制备超导材料的方法相比，本发明在粉末装管法制备超导线材的过程中，对粉末装管坯料棒进行低温场预冷却，结合在原位的低温冷却条件下进行拉拔，使得粉末装管坯料棒及拉拔模具均处于低温环境下，在增强包套材料金属管的机械强度的同时增强其变形塑性，减小了包套材料与超导材料前驱体装管粉末之间的机械力学性能差异，提升了粉末装管坯料棒的加工性能，获得更好的致密化效果以及芯丝-包套界面，从而提高了超导线材的载流性能和机械强度。