[发明专利]一种高强度高临界电流铌三锡超导股线的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强高临界电流铌三锡超导股线制备方法，该方法通过将中心区域为铜、外周为铜的CuNb复合锭两端加铜盖，焊接、热挤压，得到CuNb复合棒；去除CuNb复合棒中心的铜，将Sn或Sn合金棒插入其中拉拔得到亚组元；同时将Ta棒装入Cu管中，经过焊接，热挤压获得CuTa单芯棒；将亚组元和CuTa单芯棒按层排列后集束装入Ta管内，再装入无氧铜管中，再进行多道次拉拔而成。本发明的方法解决了Sn穿透Nb阻隔层导致股线RRR降低的问题，同时采用CuTa单芯棒可以有效避免中芯棒和Sn反应，提高线材强度。

技术领域

本发明涉及超导材料加工技术领域，具体是涉及一种外阻隔方式制备高强高临界电流铌三锡超导股线的方法。

背景技术

如何提高高临界电流Nb3Sn线材的工程应用能力是目前Nb3Sn线材面临的主要问题，传统制备方法Nb3Sn线材力学性能较低，很容易在绞缆和励磁过程中破损，特别是场强越高，线材受到的洛伦兹力越大，对线材强度要求越高。同时剩余电阻比(RRR)是超导股线的一个重要性能指标，股线中的铜基体在超导体中起着稳定作用，当超导体在使用中由于某种原因而局部“失超”时，它能旁路大部分电流，使超导体因电阻升高发热，可使产生的热量迅速向周围的液氦散失，将超导体温度重新降至临界温度以下，恢复超导状态。对于Nb₃Sn超导股线，需要经过长时间的热处理来保证Sn的扩散和Nb、Sn的充分反应，从而生成Nb₃Sn超导相，最终获得超导性能。在热处理过程中，过多的Cu基体，导致Sn在Cu中无法与Nb芯丝充分反应，使得股线的临界电流密度大幅降低。

为了提高Nb₃Sn线材临界电流密度的同时，同时避免热处理时铜基体的污染以保证高的RRR，通常采用外阻隔方式制备超导股线，增加阻隔层将铜基体与超导区分隔。目前，采用Nb作为阻隔层材料是使用的较多的方法，但是Nb作为一种反应型阻隔层会在热处理过程中与Sn反应生成Nb₃Sn，即需要Nb阻隔层有一定厚度。然而，Nb阻隔层在集束拉拔过程中发生不均匀变形而导致厚度不均，因此，仍然存在Sn从阻隔层薄弱处穿透进入铜基体而导致超导线材RRR降低的风险。此外，反应型阻隔层限制了Sn含量的增加，使得线材临界电流难以进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度高临界电流铌三锡超导股线的制备方法，解决Nb阻隔层与Sn反应导致铜基体污染问题，同时引入CuTa单芯棒，在保证线材RRR的同时提高线材强度，具体而言，利用Ta与Sn较难产生反应，有效提高线材的综合性能。

为达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是采用外阻隔方式和内插CuTa单芯棒制备高强度高临界电流铌三锡超导股线的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)通过将Nb棒插入钻孔铜锭得到CuNb复合锭或将CuNb棒密排组装与铜基体复合得到CuNb复合锭，CuNb复合锭中心区域为无氧铜，在复合锭外部包裹有铜包套；两端加铜盖，焊接、热挤压，得到CuNb复合棒；

(2)去除CuNb复合棒中心部位的部分铜，得到CuNb复合管，CuNb复合管其结构为中心为铜层，外层为铜，各Nb棒间由铜层隔开；将纯Sn或Sn合金棒插入CuNb复合管中，拉拔后定尺寸切断得到多根亚组元；

(3)将Ta棒装入铜管中CuTa单芯锭，经过焊接，挤压，拉拔成型，切断后形成多根CuTa单芯棒；

(4)将步骤(2)得到的亚组元和步骤(3)获得CuTa单芯棒，以CuTa单芯棒居中心区域排列、在CuTa单芯棒外周全部布设亚组元的方式，将亚组元与CuTa单芯棒集束组装入Ta管内；再将组装有CuTa单芯棒和亚组元的Ta管装入无氧铜管中，进行多道次拉拔，制得高强高临界电流铌三锡超导股线。

步骤(1)、(2)、(3)中，所述CuNb复合锭、CuNb复合棒、亚组元和CuTa单芯棒的形状为圆形或六方形。

步骤(4)中，还可以以另外一种方式将CuTa单芯棒和亚组元进行排列组装进Ta管中：