[发明专利]一种热挤压法制备铌三铝超导线材的方法

说明书

本发明公开了一种热挤压法制备铌三铝超导线材的方法，具体为：将Nb‑Al合金箔截成长度不等的合金段，并由长到短卷成合金筒，再装入无氧铜管中，往中心插入Nb棒，并将两端用铜盖焊接，经室温等静压后再热挤压，获得单芯NbAl棒；之后将单芯NbAl棒经过多道次拉拔、切断和矫直，腐蚀去铜后，采用六方密排的方式集束，并在中心处使用纯Nb棒，形成NbAl单芯棒，装入纯Nb管内，再整体装入CuNi合金管中，经真空电子束封焊、热挤压、多道次拉拔，即可。采用热挤压的方式替代静液挤压成功实现了多组元的复合，实现了二次复合包套尺寸的放大，实现了千米级铌三铝（Nb₃Al）前驱体线材的加工。

技术领域

本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种热挤压法制备铌三铝超导线材的方法。

背景技术

铌三铝(Nb₃Al)是目前超导转变温度（T_c）、临界电流密度（J_c）和上临界场（H_c2）等综合实用性能最好的低温超导材料。它与Nb₃Sn相比，超导转变温度达到19.3 K，也属于A15结构金属间化合物和晶界钉扎超导体；而且具有更高的上临界场和更好的高场临界电流密度特性；尤其重要的是，它比Nb₃Sn具有更优良的应力-应变容许特性。因此Nb₃Al超导线材被认为在下一代热磁约束聚变反应堆（CFETR）、高能粒子加速器（LHC）和核磁共振谱仪（NMR）等超导磁体应用上有着巨大的潜力。

目前，铌三铝(Nb₃Al)超导线材的制备过程分为“前驱体线材制备”和“热处理”两部分。其中，前驱体线材的制备方法通常是卷绕法，即：将Nb、Al箔材卷绕至Nb棒上后，装入Cu包套经电子束焊接、静液挤压、多道次拉拔制作成单芯棒；单芯棒经多芯组装、静液挤压和反复拉拔等工艺制作成多芯线材。多支单芯棒组装成多芯包套，再次静液挤压的工艺路线中，多芯包套尺寸受限于静液挤压设备加工能力。以Φ45 × 200 mm的多芯包套为例，静液挤压后拉伸加工至最终尺寸，仅能获得200 m左右Φ1.0mm的铌三铝(Nb₃Al)前驱体线材，距离超导线材单根长度大于1000米这一基本要求相差甚远，而且静液挤压加工费用相对较高，这些困难极大的限制了铌三铝(Nb₃Al)超导线材的工业化制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种热挤压法制备铌三铝超导线材的方法，该超导线材内部芯丝变形均匀，可实现二次复合棒的放大，增加线材的单根长度。

本发明所采用的技术方案是，一种热挤压法制备铌三铝超导线材的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，制备Nb-Al合金箔；

步骤2，将Nb-Al合金箔截成长度不等的合金段，再由长到短分别卷成合金筒，依次装入无氧铜管中，确保每两个合金筒的外壁紧贴，之后往中心插入Nb棒，并将两端用铜盖焊接，得到一次复合包套；

步骤3，将步骤2获得的一次复合包套经室温等静压后再热挤压，获得单芯NbAl棒；

步骤4，将步骤3获得的单芯NbAl棒经过多道次拉拔，再经过切断和矫直，获得六方单芯棒；

步骤5，将步骤4获得的六方单芯棒腐蚀去铜后，采用六方密排的方式集束，并在中心处使用相同尺寸的纯Nb棒，形成NbAl单芯棒，然后装入纯Nb管内，再将NbAl单芯棒和纯Nb管整体装入CuNi合金管中，经真空电子束封焊，得到二次复合包套；

步骤6，将步骤5获得的二次复合包套进行热挤压，获得NbAl多芯复合棒；

步骤7，将步骤6获得的NbAl多芯复合棒经多道次拉拔，即可获得铌三铝超导线材。

本发明的特点还在于，