一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法技术

本发明专利技术公开了一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法，步骤包括：第一步，用卷绕法制备Nb

【技术实现步骤摘要】
一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法


[0001]本专利技术属于超导线材性能提升
，具体涉及一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法。

技术介绍

[0002]自20世纪五六十年代Nb3Al超导材料被发现以来，随着科学家们对其研究的逐步深入，发现其在超导转变温度、上临界场和应力应变等方面与已经商用的Nb3Sn超导材料相比具有更显著的优势，这也使得Nb3Al超导材料可以承载较大的超导电流。因此科学家们也开发了多种多样的制备方法，其中用卷绕法制备Nb
‑
Al前驱体线材并结合快热急冷法进行后续热处理被认为是目前制备高性能Nb3Al超导线材的最优方法。
[0003]但是在用快热急冷法进行热处理过程中，线材的加热电流以及受到的张力都会对线材性能产生较大的影响。所使用的快热急冷设备的原理是基于直流欧姆加热，即在0.3s左右的短时间内将线材加热到2000℃左右；由欧姆定律可知热处理过程中的加热功率与加热时间和加热区间的电阻值平方成正比，而加热区间中l位置的温度T可以表示为：
[0004][0005]式中ρ为Nb
‑
Al前驱体线材的电阻率，ρ
m
为质量密度，c为比热，R为线材半径，I为加热电流，v为导线速度。在快热急冷热处理的过程中，由于线材受到张力的影响，会使得线材发生变形，从而使得线径变小。由上式可以得到T/T＝2I/I,但是T/T＝
‑
4R/R，这意味着热处理温度的相对波动是加热电流相对波动的两倍，是导线半径相对波动的4倍。由此可见，线径的微小变化都会导致线材加热区间温度的变化，特别是在热处理过程中2000℃的高温下，线材本身强度下降，线径的变化更为显著，严重加剧了热处理过程中的温度波动，造成线材性能下降甚至出现断线，造成不能大批量生产、进入到实用化阶段的情况。
[0006]因此，消除快热急冷热处理过程中张力的影响比稳定加热电流对提高Nb3Al超导材料的性能更为重要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法，制备的Nb3Al超导长线材具有较好的超导性能，很大程度上解决了由于张力的影响而导致线材性能下降甚至断线的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法，包括以下步骤：
[0010](1)前驱体线材的制备：采用传统的卷绕法，通过中心Nb棒卷绕Nb箔和Al箔得到Nb
‑
Al前驱体线材；
[0011](2)快热急冷高温热处理：
[0012]①
将Nb
‑
Al前驱体线材缠绕在放线轮上，连接线材通过整理轮一和压线轮一、铜轮
和压线轮二、镓池、整理轮二和压线轮三、收线轮；
[0013]②
对快热急冷高温热处理系统抽真空；
[0014]③
设定放线端的铜轮和收线端的同步轮具有相同线速度的驱动力；
[0015]④
设定输入电流和输入电压，调节为恒流模式或者是恒压模式；
[0016]⑤
联动启动并启动加热电源，对线材进行快热急冷热处理，记录输出电压与输出电流并观察线材热处理时的火光明暗情况；
[0017]⑥
线材处理完毕后关闭加热电源并联动停止，平衡热处理炉腔内外气压后取下热处理后的线材，得到具有Nb
‑
Al过饱和固溶体Nb(Al)ss的线材；
[0018](3)低温退火：经过快热急冷高温热处理的Nb(Al)ss的线材，在管式炉中进行低温下退火，得到具有A15相的Nb3Al超导长线材。
[0019]本专利技术的特点还在于：
[0020]步骤(2)的
①
中，所采用的整理轮与压线轮的凹槽尺寸与线材直径相匹配。
[0021]步骤(2)的
②
中，快热急冷高温热处理系统真空度稳定在1
×
10
‑3‑9×
10
‑3Pa。
[0022]步骤(2)的
③
中，放线端的铜轮和收线端的同步轮的线速度为100
‑
300mm/s。
[0023]步骤(2)的
④
中，输入电压为9.5
‑
10.8V，输入电流为80
‑
300A。
[0024]步骤(3)中，低温退火的温度为750
‑
850℃，时间为1
‑
25h。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、开发了零张力快热急冷热处理系统，放线端的铜轮以及收线端的同步轮具有独立的驱动电机，可以设置放线端的铜轮以及收线端的同步轮具有相同线速度的驱动力，可以很好地将线材所受张力控制为零，解决了现有制备方法中由于线材受到张力导致温度波动从而使得线材性能不均甚至断线等情况。
[0027]2、保证了线材在快热急冷热处理过程中线径不发生变化且保持恒定，减小加热温度的波动，从而使得热处理过后形成的Nb(Al)ss过饱和固溶体更加均匀。
[0028]3、由于在热处理过程中Nb3Al线材的成分、结构和性能均匀性能得到有效保障，可以利用这个卷对卷快热急冷热处理设备连续处理上千米的超导线材。
[0029]因此，采用本专利技术工艺制备的Nb3Al超导长线材具有较高的载流密度，且零张力条件下可以连续批量化制备出高性能的超导线材，有利于该材料的大规模实用化，具有较大的应用前景。
附图说明
[0030]图1为本专利技术制备设备示意图。
[0031]图2为实施例1制备的产品的实物图。
具体实施方式
[0032]以下实施例仅用于解释本专利技术，而非用于限制本专利技术。
[0033]实施例1
[0034]一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法，包括以下步骤：
[0035](1)前驱体线材的制备：采用传统的卷绕法，通过中心Nb棒卷绕Nb箔和Al箔得到Nb
‑
Al前驱体线材；
[0036](2)快热急冷高温热处理：
[0037]①
将Nb
‑
Al前驱体线材缠绕在放线轮上，连接线材通过整理轮一和压线轮一、铜轮和压线轮二、镓池、整理轮二和压线轮三、收线轮，各轮凹槽大小与线径均为1mm；
[0038]②
对快热急冷高温热处理系统抽真空至9
×
10
‑3Pa；
[0039]③
设定放线端的铜轮和收线端的同步轮具有相同的线速度，均为100mm/s；
[0040]④
设定输入电压为10V、输入电流为100A；
[0041]⑤
联动启动并启动加热电源，对线材进行快热急冷热处理，记录输出电压与输出电流并观察线材热处理时的火光明暗情况；
[0042]⑥
线材处理完毕后关闭加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进的制备Nb3Al超导长线材的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)前驱体线材的制备：采用传统的卷绕法，通过中心Nb棒卷绕Nb箔和Al箔得到Nb
‑
Al前驱体线材；(2)快热急冷高温热处理：
①
将Nb
‑
Al前驱体线材缠绕在放线轮上，连接线材通过整理轮一和压线轮一、铜轮和压线轮二、镓池、整理轮二和压线轮三、收线轮；
②
对快热急冷高温热处理系统抽真空；
③
设定放线端的铜轮和收线端的同步轮具有相同线速度的驱动力；
④
设定输入电流和输入电压，调节为恒流模式或者是恒压模式；
⑤
联动启动并启动加热电源，对线材进行快热急冷热处理，记录输出电压与输出电流并观察线材热处理时的火光明暗情况；
⑥
线材处理完毕后关闭加热电源并联动停止，平衡热处理炉腔内外气压后取下热处理后的线材，得到具有Nb
‑
Al过饱和固溶体Nb(Al)ss的线材；(3)低温退火：将Nb(Al)ss的线材置于管式炉中进行低温退火，得到具有A15相的Nb3Al超导长线材。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄根华，赵勇，林鹤，周大进，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：