[发明专利]一种双Sn来源式Nb3Sn超导线材的制备方法

说明书

本发明涉及一种双Sn来源式Nb₃Sn超导线材的制备方法，包括如下步骤：S1、在浇铸筒中插入多根Nb棒，并注入含Sn的青铜液，将浇铸筒两端加青铜盖并通过电子束封焊，获得青铜‑铌复合包套；S2、将步骤S1中获得的青铜‑铌复合包套加热、保温，得到青铜‑铌复合棒；S3、将步骤S2中获得的青铜‑铌复合棒中心位置钻孔，并将Sn‑Ta‑Hf合金棒插入完成钻孔的青铜‑铌复合棒中，获得Nb₃Sn超导线材亚组元；S4、将步骤S3所获得的多根Nb₃Sn超导线材亚组元装入Nb管，再装入无氧铜管内，获得最终坯料，最终获得Nb₃Sn超导线材。该方法制备过程的热处理耗时缩短，线材临界电流显著提升。

技术领域

本发明属于超导线材的制备技术领域，涉及一种双Sn来源式Nb₃Sn超导线材的制备方法。

背景技术

Nb₃Sn超导线材是制造大型粒子加速器的重要材料，目前国际上在各个科学工程中批量交付的青铜法Nb₃Sn和ITER型Nb₃Sn超导线材的Jc在12T、4.2K条件下可以达到1100~1300A/mm²。获得稳定的新型临界电流密度较高的Nb₃Sn线材长线制备技术和批量化生产能力，是指导大型粒子加速器需要解决的重要基础材料问题。

影响Nb₃Sn超导线材临界电流密度的主要因素是Nb₃Sn相含量及Nb₃Sn晶粒界面密度，为了提高Nb₃Sn超导线材临界载流能力，则需要充分保障线材中Nb元素充分反应形成Nb₃Sn相。青铜法Nb₃Sn线材受其青铜基体中Sn含量偏低影响，其中Nb元素不能充分反应，因此线材的临界电流密度偏低。此外青铜法Nb₃Sn由于青铜基体高Sn含量而极易因加工硬化而开裂断线，故青铜法Nb₃Sn线材加工过程须多道次退火，导致其加工周期极长。ITER型Nb₃Sn超导线材采用内锡工艺路线，为保障线材中Sn含量在CuNb复合棒钻孔工序须使钻孔孔径尽可能的大，导致线材拉伸过程相中Sn极易穿透Nb芯丝与Sn源之间的夹层Cu而断线。此外ITER型Nb₃Sn在热处理过程中须经历低温、中温、高温三个阶段，总热处理时间长达20天，长时间的热处理会使Nb₃Sn晶粒长大，使线材临界电流密度降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种双Sn来源式Nb₃Sn超导线材的制备方法，制备过程的热处理时间缩短，线材临界电流显著提升。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种双Sn来源式Nb₃Sn超导线材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在浇铸筒中插入多根Nb棒，并注入含Sn的青铜液，后形成青铜锭，将浇铸筒两端加青铜盖并通过电子束封焊，获得青铜-铌复合包套；

S2、将步骤S1中获得的青铜-铌复合包套加热、保温，采用反挤压法对青铜-铌复合包套进行挤压，得到青铜-铌复合棒；

S3、将步骤S2中获得的青铜-铌复合棒中心位置钻孔，并将Sn-Ta-Hf合金棒插入完成钻孔的青铜-铌复合棒中，获得Nb₃Sn超导线材亚组元，对获得Nb₃Sn超导线材亚组元进行拉拔，将拉拔后的Nb₃Sn超导线材亚组元矫切成多根并均匀排布；

S4、将步骤S3所获得的多根Nb₃Sn超导线材亚组元装入Nb管，再装入无氧铜管内，获得最终坯料，将所得最终坯料经过拉拔、扭绞，最终获得Nb₃Sn超导线材。