一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法技术

一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，包括以下步骤：A、将Nb粉、Al粉和Cu粉，按照Nb

A method of preparing niobium aluminum superconducting wire by copper doping

【技术实现步骤摘要】
一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法
本专利技术提出了一种铌三铝超导线材的方法。
技术介绍
铌三铝(Nb3Al)超导线材具有良好的超导性能，在高场下仍具有较高临界电流密度。其较高的应变允许，在减小超导磁体设计体积和降低失超风险方面具有潜在优势，被认为是替代Nb3Sn的理想材料。另外，Nb3Al超导材料的较低密度和极高熔点，在航空航天等耐高温领域具有良好的应用前景。Nb3Al超导线材的常用制备方法有：快热快冷法、熔炼法和离子束法。其中快热快冷法制备的超导线材具有较高的超导性能，适于工业的规模生产。而将快热快冷法与粉末装管法相结合制备Nb3Al超导线材，具有工艺成本不高、易于调整原料配比和反应较为充分的特点，是一种简单易行，适用于小规模生产的方法。已有报道称，通过粉末装管法与快热快冷法结合成功制备了Nb3Al超导线材，但其超导性能却并远未达到材料本征：其临界电流密度(Jc)仅为7.2×104A·cm-2(8K，5T)，最高设计使用磁场(不可逆场、Hc)为11.3T，转变温度Tc为16.6K；这与产业化程度较高的Nb3Sn的性能与成本相比，并不具有优势，导致其不能实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，该方法制得的铌三铝超导线材，其临界电流密度大，不可逆场高、转变温度高，超导性能得到全面提升。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是，一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，包括以下步骤：A、将Nb粉、Al粉和Cu粉，按照Nb3(Al1-xCux)，0.02≤x≤0.03的化学计量比称量，然后在行星球磨罐中充分混合，得混合粉末；B、将步骤A的混合粉末装入直径8-12mm的Nb管中，并用铜块将两端密封，得到线材前驱体；C、将线材前驱体冷拉拔至直径1.5～1.7mm，得到拉拔后的线材前驱体；D、将拉拔后的线材前驱体用真空快热快冷装置进行焦耳热电流为180～182A、升温时间1s，降温时间1s的快热快冷处理，得到超导线材初品；E、将超导线材初品放入石英管中进行温度为800～900℃、时间为8～10h的退火烧结，烧结后随炉冷却，即得到掺杂铜的铌三铝超导线材。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：一、申请人发现：掺杂化学计量比0.02-0.03的Cu，由于掺杂量少，在快热快冷处理过程中并不会形成抑制超导性能的Nb-Al-Cu三元化合物；却能在真空快热快冷处理过程中，由导热系数高的Cu促进短时间内的热量传导，对铌铝反应产生催化作用，形成更均匀、一致的铌铝超导体，增加了超导相的比例，使最终产物性能提高。而退火处理温度低于Cu的熔点，掺杂的Cu在退火处理过程中从Nb3Al的晶界处析出，增加了Nb3Al的晶界，进而增加了Nb3Al超导体的钉扎中心，进一步提高了Nb3Al的超导性能。总之，本专利技术通过微量的Cu掺杂提高了Nb3Al线材中超导相的比例、增加了Nb3Al的晶界及钉扎中心，从而全面提高了Nb3Al的超导性能。测试表明，本专利技术方法制备的Nb3Al超导线材，其临界电流密度在7.9×104A·cm-2～9.7×105A·cm-2(8K，5T)之间，高于未掺杂的Nb3Al的临界电流密度7.2×104A·cm-2(8K，5T)；其不可逆场在25.4～25.7T之间，比未掺杂Nb3Al的11.3T提高了1倍以上；转变温度Tc为18.0K，比未掺杂Nb3Al的16.6K有明显提高。进一步，本专利技术的Nb粉、Al粉和Cu粉的颗粒度均为20-45微米。这种粒度的Nb粉、Al粉和Cu粉能很好地在快热快冷处理过程形成超导相，进一步，本专利技术的步骤A、步骤B和步骤E的操作,均在氩气保护下进行。这样，在原料的球磨混合和装填过程、及最后的退火烧结中避免了氧气混入产生氧化反应，能够形成高性能的Nb3Al超导体。下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施方式实施例1一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，包括以下步骤：A、在氩气保护下：在氩气保护下：将粒度为20微米，纯度99.99％的Nb粉、粒度为20微米，纯度99.95％的Al粉和粒度为45微米，纯度99.999％的Cu粉，按照Nb3(Al1-xCux)，x＝0.03的化学计量比称量，然后在行星球磨罐中充分混合，得混合粉末；B、在氩气保护下：将步骤A的混合粉末装入直径8mm的Nb管中，并用铜块将两端密封，得到线材前驱体；C、将线材前驱体冷拉拔至直径1.7mm，得到拉拔后的线材前驱体；D、将拉拔后的线材前驱体用真空快热快冷装置进行焦耳热电流为182A、升温时间1s，降温时间1s的快热快冷处理，得到超导线材初品；E、在氩气保护下：将超导线材初品放入石英管中进行温度为900℃、时间为9h的退火烧结，烧结后随炉冷却；即得到掺杂铜的铌三铝超导线材。实施例2一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，包括以下步骤：A、在氩气保护下：在氩气保护下：将粒度为45微米，纯度99.99％的Nb粉、粒度为45微米，纯度99.95％的Al粉和粒度为20微米，纯度99.999％的Cu粉，按照Nb3(Al1-xCux)，x＝0.02的化学计量比称量，然后在行星球磨罐中充分混合，得混合粉末；B、在氩气保护下：将步骤A的混合粉末装入直径10mm的Nb管中，并用铜块将两端密封，得到线材前驱体；C、将线材前驱体冷拉拔至直径1.6mm，得到拉拔后的线材前驱体；D、将拉拔后的线材前驱体用真空快热快冷装置进行焦耳热电流为180A、升温时间1s，降温时间1s的快热快冷处理，得到超导线材初品；E、在氩气保护下：将超导线材初品放入石英管中进行温度为800℃、时间为10h的退火烧结，烧结后随炉冷却；即得到掺杂铜的铌三铝超导线材。实施例3一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，包括以下步骤：A、在氩气保护下：在氩气保护下：将粒度为30微米，纯度99.99％的Nb粉、粒度为30微米，纯度99.95％的Al粉和粒度为30微米，纯度99.999％的Cu粉，按照Nb3(Al1-xCux)，x＝0.025的化学计量比称量，然后在行星球磨罐中充分混合，得混合粉末；B、在氩气保护下：将步骤A的混合粉末装入直径12mm的Nb管中，并用铜块将两端密封，得到线材前驱体；C、将线材前驱体冷拉拔至直径1.5mm，得到拉拔后的线材前驱体；D、将拉拔后的线材前驱体用真空快热快冷装置进行焦耳热电流为181A、升温时间1s，降温时间1s的快热快冷处理，得到超导线材初品；E、在氩气保护下：将超导线材初品放入石英管中进行温度为850℃、时间为8h的退火烧结，烧结后随炉冷却；即得到掺杂铜的铌三铝超导线材。对照例：对照例的操作与实施例1的基本操作完全相同，不同的仅仅是未掺杂铜，即A步称量的化学计量比由Nb3(Al1-xCux)，x＝0.03改为Nb3(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，包括以下步骤：/nA、将Nb粉、Al粉和Cu粉，按照Nb

【技术特征摘要】
1.一种铜掺杂制备铌三铝超导线材的方法，包括以下步骤：
A、将Nb粉、Al粉和Cu粉，按照Nb3(Al1-xCux)，0.02≤x≤0.03的化学计量比称量，然后在行星球磨罐中充分混合，得混合粉末；
B、将步骤A的混合粉末装入直径8-12mm的Nb管中，并用铜块将两端密封，得到线材前驱体；
C、将线材前驱体冷拉拔至直径1.5～1.7mm，得到拉拔后的线材前驱体；
D、将拉拔后的线材前驱体用真空快热快冷装置进行焦耳热电流为180～182A、升温时间1s，降温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，李国威，余炫，胡元斌，余洲，刘连，赵勇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51