一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法，包括以下步骤：一、将铌管插入到铜管中；二、将铌铜管中填装粉末；三、将填装铌铜管进行多道次冷塑性拉拔；四，将镁硼/铌铜单芯棒和无氧铜插棒插装到蒙乃尔合金管中进行集束组装；五、将多芯复合体进行冷塑性加工；六、将半成品线材进行热处理，得到千米级矩形截面MgB2超导线材。本发明专利技术以粉末装管为基本工艺路线，采用强度较高且塑性加工性能良好的蒙乃尔合金作为外包套，铌作为阻隔层，无氧铜作为稳定体，优化阻隔层和稳定体等包套材料的位置关系，通过采用旋锻、拉拔、轧制等冷塑性加工工艺并配合热处理，制备出满足实际需求的千米级多芯镁硼矩形截面的超导线材。米级多芯镁硼矩形截面的超导线材。米级多芯镁硼矩形截面的超导线材。

【技术实现步骤摘要】
一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法


[0001]本专利技术属于超导线材加工
，具体涉及一种千米级矩形截面 MgB2超导线材的制备方法。

技术介绍

[0002]二硼化镁(MgB2)材料的超导电性由日本青山学院大学J Akimitsu教授研究小组于2001首次发现。该材料的晶体结构较为简单，属AlB2型六方晶系结构的二元化合物，每个MgB2的晶胞中含有三个原子，由一个 Mg原子和两个B原子组成。其中B原子层的结构与石墨相似，具有规则的六角蜂窝状结构。Mg原子层呈三角形结构，位于B六角形中心的孔隙位置。其超导电性发现之初就引起了物理学家和材料科学家们的极大兴趣，在超导机理及成材技术研究方面都取得了很大的进展，特别是在实用化长线带材的研制方面，目前已经形成了较为成熟的制备技术。
[0003]与传统低温超导材料如NbTi、Nb3Sn等相比，MgB2的临界超导转变温度较高。能够在20～30K温区实现应用，可以方便的工作于液氢温区，从而摆脱昂贵的液氦作为冷却介质，降低了使用及维护费用。与Bi系、钇钡铜氧等高温氧化物超导材料相比，MgB2材料具有相干长度较大、无晶界弱连接现象、晶体结构简单、原材料成本低廉等诸多优点。基于以上特点，目前业内已经达成共识，镁硼超导材料20～30K、1
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3T的中低磁场条件下具有明显的竞争优势，在磁共振成像仪(MRI)、超导电流故障限位器(SFCL)、超导储能装置(SMES)、风电电机、超导传输电缆等方面具有良好的应用前景。
[0004]国际上以美国Hyper Tech公司、意大利的ASG公司、日本的Hitachi 公司、韩国的Sam Dong公司等为代表的单位已经能够生产千米级实用化的MgB2长线带材。并且已经开展了实用化的研究，意大利的ASG公司研制出首台基于MgB2材料的0.5T开放式MRI系统、欧洲原子能中心 (CERN)在其大型强子对撞机的高光升级(HL
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LHC)项目上用了大量的 MgB2超导电缆作为电流传输引线。国内以西北有色金属研究院和西部超导材料科技股份有限公司为代表的相关单位也已掌握了千米级实用化的多芯MgB2超导线带材制备技术。但从已经公开的文献资料来看，所制备的长线主要以圆线为主，而实际应用中比如用于MRI的磁体绕制中，矩形截面的线材优势更为明显。而矩形截面MgB2超导线材与圆线的制备技术从导体结构设计到加工工艺的选择方面都存在着明显的差异，这也是本专利技术要解决的关键问题。
[0005]因此需要提供一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法。该方法以粉末装管为基本工艺路线，在超导线材结构设计中，充分考虑矩形线材的加工工艺特点，优化前驱体材料特别是阻隔层和稳定体等包套材料的位置关系，通过采用旋锻、拉拔、轧制等冷塑性加工工艺并配合热处理，制备出满足实际需求的千米级多芯MgB2矩形截面的超导线材。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008]步骤一、将铌管插入到铜管中，得到铌铜管；
[0009]步骤二、将步骤一中得到的铌铜管中填装粉末，得到填装铌铜管；所述填装粉末在惰性气氛下进行，所述粉末为硼粉和镁粉组成的混合粉末；
[0010]步骤三、将步骤二中得到的填装铌铜管进行多道次冷塑性拉拔加工，得到镁硼/铌铜单芯棒；所述镁硼/铌铜单芯棒外侧的铜管的外表面为正六边形；
[0011]步骤四，将步骤三中得到的镁硼/铌铜单芯棒和无氧铜插棒插装到蒙乃尔合金管中进行集束组装，得到多芯复合体；所述多芯复合体中心为无氧铜插棒，所述镁硼/铌铜单芯棒围绕无氧铜插棒排成六边形结构并整体装入蒙乃尔合金管；所述无氧铜插棒的横截面为正六边形；
[0012]步骤五、将步骤四中得到的多芯复合体进行冷塑性加工，得到半成品线材；所述冷塑性加工为依次进行旋锻、轧制和冷拉拔；所述冷拉拔采用矩形模进行；
[0013]步骤六、将步骤五中得到的半成品线材进行热处理，得到千米级矩形截面MgB2超导线材。
[0014]本专利技术中MgB2超导线材中MgB2超导相的体积百分比一般在 10％～20％之间，具有超导性能的也只有这一部分，MgB2超导相本身是一种具有陶瓷性质的脆性相，无法直接加工，必须借助于其他塑型加工性能良好的铌、铜、蒙乃尔合金等辅助金属材料完成，由于超导传输的只有 MgB2相，所以习惯上都成为MgB2超导线带材，其余部分都是支撑材料，铌管起到阻隔层的作用，铜管起到稳定体的作用，铌铜管和外包套蒙乃尔合金管起到增强体的作用；本专利技术中将铌管插入到铜管中，得到铌铜管，然后在铌铜管的铌管中填装粉末，得到填装铌铜管，是由于金属铜具有良好的导热导电性能，是超导材料特别是低温超导体最主要的基体材料，同样在MgB2超导材料制备工艺中也得到广泛应用，但是体系中镁粉、硼粉等前驱粉末的化学性质较为活泼，高温下与基体铜会发生化学反应，而且从镁
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铜二元相图可知，镁
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铜在500℃时会形成Mg2Cu合金，为避免前驱粉体与基体材料发生反应，要增加一层阻隔层材料，常用金属中，只有铌、钽、钛、铁可作为镁硼超导材料的阻隔层材料，钛、铁的冷塑型加工性能相对较差，钽的价格昂贵，铌能够满足该线材的加工和热处理需求，所以本专利技术中最终择优采用铌作为阻隔层材料；本专利技术中多芯复合体中心为无氧铜插棒，无氧铜插棒外侧为镁硼/铌铜单芯棒，镁硼/铌铜单芯棒外侧为蒙乃尔合金管，无氧铜插棒外围逐层排列镁硼复合包套单芯棒，每一层单芯棒中心连线构成一个正六边形；在多芯复合体进行冷塑性加工过程中，多芯结构横截面中心位置的芯丝受力较为复杂，易于出现断芯现象，所以中心部位采用塑性加工性能良好的无氧铜插棒替换镁硼/铌铜单芯棒，同时替换的无氧铜插棒能够提高多芯线材的热稳定性和电磁稳定性；外包套采用蒙乃尔合金管，其主要作用是为了提高最终线材的机械强度，避免加工过程中的断芯、断线现象；本专利技术将无氧铜插棒和镁硼/铌铜单芯棒设计为六边形主要是为了提高集束组装时的填充比和结构稳定性；本专利技术通过将填装铌铜管进行多道次冷塑性拉拔加工，粉末填装后的铌铜管直径较大，必须要进行减径加工，通过多道次拉拔，能够将组装后直径较大的复合棒加工到集束组装前的目标尺寸，并且将外部的铜管拉拔为正六边形，提高集束组装时的填充比和结构稳定性；本专利技术集束组装后的多芯多组元复合体之间存在一定的间隙，初始采用旋锻工艺，能够提
高多芯线材芯丝之间的结合强度，中间轧制工艺同样是为了提高芯丝的致密度，但是轧制工艺中线材横截面形状规整性较差，所以最终优化为旋锻、拉拔和轧制相结合的加工手段；本专利技术通过热处理，使硼粉和镁粉反应生成MgB2超导相，得到千米级矩形截面MgB2超导线材。
[0015]上述的一种矩形截面多芯MgB2超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将铌管插入到铜管中，得到铌铜管；步骤二、将步骤一中得到的铌铜管中填装粉末，得到填装铌铜管；所述填装粉末在惰性气氛下进行，所述粉末为硼粉和镁粉组成的混合粉末；步骤三、将步骤二中得到的填装铌铜管进行多道次冷塑性拉拔加工，得到镁硼/铌铜单芯棒；所述镁硼/铌铜单芯棒外侧的铜管的外表面为正六边形；步骤四，将步骤三中得到的镁硼/铌铜单芯棒和无氧铜插棒插装到蒙乃尔合金管中进行集束组装，得到多芯复合体；所述多芯复合体中心为无氧铜插棒，所述镁硼/铌铜单芯棒围绕无氧铜插棒排成六边形结构并整体装入蒙乃尔合金管；所述无氧铜插棒的横截面为正六边形；步骤五、将步骤四中得到的多芯复合体进行冷塑性加工，得到半成品线材；所述冷塑性加工为依次进行旋锻、轧制和冷拉拔；所述冷拉拔采用矩形模进行；步骤六、将步骤五中得到的半成品线材进行热处理，得到千米级矩形截面MgB2超导线材。2.根据权利要求1所述的一种矩形截面多芯MgB2超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述硼粉的粒度为200nm～400nm，质量纯度不小于98.5％，所述镁粉的粒度为5μm～10μm，质量纯度不小于99.5％，所述混合粉末中镁粉和硼粉的物质的量比为1：2。3.根据权利要求1所述的一种矩形截面多芯MgB2超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述惰性气氛为氩气气氛。4.根据权利要求1所述的一种矩形截面多芯MgB2超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述多道次冷塑性拉拔的每道次的变形率为10％～15％。5.根据权利要求1所述的一种矩形截面多芯MgB2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆阳，闫果，杨芳，熊晓梅，刘国庆，冯勇，张平祥，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：