一种铁基超导复合线材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铁基超导复合线材及其制备方法，涉及铁基超导材料技术领域。本发明专利技术提供的制备方法，包括以下步骤：将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入外层包套管中进行组装，得到终级复合体；其中，n≥1，m≥0；将所述终级复合体依次进行孔型轧制和热处理，得到铁基超导复合线材。采用本发明专利技术提供的制备方法不仅能够提高铁基超导复合线材的致密度，而且能够形成较强的织构，从而提高线材的载流能力。本发明专利技术的方法简便易操作，制备成本较低，适宜工业化推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种铁基超导复合线材及其制备方法
本专利技术涉及铁基超导材料
，具体涉及一种铁基超导复合线材及其制备方法。
技术介绍
铁基超导材料是2008年之后发现的晶体结构中含有FeAs层或FeSe层的一类新型高温超导材料，具有高上临界场、高临界电流密度及低各向异性等优点。采用粉末装管法(PowderInTube，PIT)制备的铁基超导线带材成本低廉，具有较好的高场载流能力，有望被应用于下一代高能加速器、高场磁体及核磁共振成像系统之中。铁基超导线带材包括外层的金属包套和内层的超导芯，超导芯负责承载超导电流，如图1中的(a)所示。按其中超导芯丝的数量可以分为仅有一根芯丝的单芯线带材及含有多根芯丝的多芯线带材。铁基超导线带材按照其外型又可以分为带材和线材。其中带材的横截面呈扁平状，长宽比高达10～20；线材的横截面接近于圆形，长宽比接近于1。目前，铁基超导带材制备技术已取得突破进展，国际上已经制备出百米级铁基超导带材，并将其绕制成饼型线圈和跑道型线圈，在高场下仍具有较好性能，标志铁基超导材料正迈向实用化阶段。然而，带材由于其特殊外型，使其在某些方面的应用受限。相比，线材可以绕制成螺线管线圈，更便于实际应用。目前线材制备工艺水平较低，依赖于昂贵的热等静压设备，且线材中难以引入织构，其性能远低于带材，严重制约其实际应用。大量研究表明，铁基超导线材的载流能力与超导芯的致密度及织构度密切相关。国际上广泛使用维氏硬度来评价超导芯的致密度。维氏硬度越高，致密度越高。提高超导芯的致密度有利于减少孔洞和裂纹，从而增大有效电流传输面积。仅通过传统的旋锻、拉拔等冷加工工艺制备的线材的超导芯中存在大量孔洞、裂纹，维氏硬度仅有50～80，严重制约其载流能力。目前，只能通过热等静压设备对线材进行热处理，提高线材超导芯的致密度，使得维氏硬度达到200HV。但是，热等静压设备价格昂贵，烧结成本高，增加了线材的制备成本，且对技术要求严格，成材率低。其次，铁基超导线材中存在弱连接效应，当晶界角大于9度时，晶间电流急剧下降。因此，在超导芯中引入织构有利于提高晶间电流。目前，铁基超导线材制备工艺无法在超导芯中形成织构，制约电流进一步提高。综上所述，如何通过常规低成本方法提高铁基超导线材的致密度、织构度是目前铁基超导线材实用化过程中的一个难题。铁基超导线材加工过程中一般采用旋锻、拉拔方式制备出线材。该线材在常压退火之后，超导芯的织构度和致密度非常低，导致载流能力弱。因此，必须采用热等静压(HotIsostaticPressing，HIP)对线材进行后续退火处理，提高退火时的环境压强，为线材提供一个各向同性的压力(压强一般达到200MPa)，从而提高超导芯的致密度。然而，HIP技术依赖昂贵、精密的热等静压炉，难以降低制备成本。而且，HIP工艺无法在线材中引入高织构度，导致临界电流密度难以得到进一步的提升。因此，在旋锻、拉拔制备出线材之后还需通过平辊轧制将线材加工成带材，引入较强的c轴织构，从而实现高临界电流密度。然而，带材的应用面较窄，可以制备成饼型线圈，却难以绕制螺线管。而线材的横截面的各向异性较弱，在超导磁体绕制上具有独特优势，是强电应用的理想导体。因此，必须开发出一种不依赖于精密、昂贵热等静压设备的常规加工方式，提高铁基超导线材的致密度和织构度，并具有规模化生产的潜力，制备出高性能、低成本的百米乃至千米级超导线材。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铁基超导复合线材及其制备方法，本专利技术提供的制备方法简便易操作，制备成本较低，不仅能够提高铁基超导复合线材的致密度，而且能够形成较强的织构，从而提高线材的载流能力，适宜工业化推广应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种铁基超导复合线材的制备方法，包括以下步骤：将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入外层包套管中进行组装，得到终级复合体；其中，n≥1，m≥0；将所述终级复合体依次进行孔型轧制和热处理，得到铁基超导复合线材。优选地，在将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入外层包套管前，还包括：先将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入中间包套管中进行组装，得到初级复合体；然后将所述初级复合体装入外层包套管中，得到终级复合体。优选地，所述铁基超导单芯线材的包套材料为银或银合金。优选地，所述金属棒材的材质为镍、镍合金、铜、铜合金、银、银合金、哈氏合金或不锈钢。优选地，所述外层包套管的材质为钛、铝、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、镉、铪、钽、钨和铅中的一种，或以上金属的合金中的任意一种。优选地，所述外层包套管的材质为不锈钢、蒙乃尔合金、铜、钽、铁或哈氏合金。优选地，当n＞1，m＝1时，所述铁基超导单芯线材和金属棒材的组装方式为：将所述金属棒材设置于多根铁基超导单芯线材的中心，多根铁基超导单芯线材沿圆周方向围绕所述金属棒材。优选地，所述孔型轧制的孔型为c边形，其中c≥3。优选地，所述热处理的温度为500～1400℃，所述热处理在惰性气氛或真空条件下进行，压力为10-5～105Pa。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的铁基超导复合线材。本专利技术提供了一种铁基超导复合线材的制备方法，包括以下步骤：将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入外层包套管中进行组装，得到终级复合体；其中，n≥1，m≥0；将所述终级复合体依次进行孔型轧制和热处理，得到铁基超导复合线材。本专利技术采用的最终冷加工手段为孔型轧制，其加工变形过程中提供一种各向同性高压缩力；外层包套管在孔型轧制作用下向中心强烈收缩，为中心的超导芯提供巨大压缩应力，从而大幅度提高超导芯的致密度，同时提供沿着线材轴向的延展应力，从而使得片状超导晶粒沿着线材芯躺下，形成局域的c轴织构；本专利技术在铁基超导复合线材中加入金属棒材，在孔型轧制过程中，内部金属棒材与外层包套管相配合，同时挤压铁基超导单芯线材，形成局部的轴向压力，不仅提高了超导芯的致密度，而且在轴向压力下形成较强的c轴织构，从而提高线材载流能力。经测试，本专利技术制备的铁基超导复合线材中超导芯的维氏硬度高达400HV，致密度高达100％，4.2K、10T下临界电流密度为1.1×104～1.2×105A/cm2。说明采用本专利技术提供的制备方法不仅能够提高铁基超导复合线材的致密度，而且能够形成较强的c轴织构，从而提高线材的载流能力。再者，相比于依赖精密、昂贵热等静压设备的常规加工方式，本专利技术的方法简便易操作，制备成本较低，适宜工业化推广应用。附图说明图1为实施例1制备的铁基超导单芯复合线材的截面图、实施例2制备的七芯铁基超导复合线材的截面图、实施例3和实施例4的终极复合体的示意图；图2为实施例2制备的七芯铁基超导复合线材在4.2K下的临界电流密度随磁场变化关系图；图3为实施例2制备的七芯铁基超导复合线材中超导芯维氏硬度分布图。具体实施方式本专利技术提供了一种铁基超导复合线材的制备方法，包括以下步骤：将n根铁基超导单芯线材和m根金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁基超导复合线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入外层包套管中进行组装，得到终级复合体；其中，n≥1，m≥0；/n将所述终级复合体依次进行孔型轧制和热处理，得到铁基超导复合线材。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁基超导复合线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入外层包套管中进行组装，得到终级复合体；其中，n≥1，m≥0；
将所述终级复合体依次进行孔型轧制和热处理，得到铁基超导复合线材。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入外层包套管前，还包括：先将n根铁基超导单芯线材和m根金属棒材装入中间包套管中进行组装，得到初级复合体；然后将所述初级复合体装入外层包套管中，得到终级复合体。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述铁基超导单芯线材的包套材料为银或银合金。


4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属棒材的材质为镍、镍合金、铜、铜合金、银、银合金、哈氏合金或不锈钢。


5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述外层包套管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董持衡，刘世法，马衍伟，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11