一种二硼化镁超导线材制备方法及二硼化镁超导线材技术

本申请公开了一种二硼化镁超导线材制备方法及二硼化镁超导线材，制备方法包括：在Nb锭上加工多个孔洞，孔洞包括中心孔洞和边缘孔洞；将Cu棒插入中心孔洞，将Nb锭套入NCu30合金管，获得复合锭；对复合锭进行抽真空和加热；将Mg粉和C包覆B粉混合均匀，获得前驱粉末；在真空和加热状态下将前驱粉末装入复合锭的边缘孔洞中，获得装粉复合锭；对装粉复合锭进行冷旋锻和冷拉拔，获得多芯复合线；对多芯复合线进行高温成相热处理，获得二硼化镁超导线材。本申请将Mg粉和B粉在高温真空环境下装入Nb锭的孔洞中，使线材各基体保持良好的紧密接触，有助于获得变形均匀的芯丝结构，从而提升二硼化镁超导线材的完整性和载流能力。化镁超导线材的完整性和载流能力。化镁超导线材的完整性和载流能力。

【技术实现步骤摘要】
一种二硼化镁超导线材制备方法及二硼化镁超导线材


[0001]本申请涉及金属加工
，特别涉及一种二硼化镁超导线材制备方法及二硼化镁超导线材。

技术介绍

[0002]基于超导材料自身的基础超导物理特性，实用化铌钛（NbTi）、铌三锡（Nb3Sn）、二硼化镁（MgB2）、REBCO（REBa2Cu3O7‑
x
）、铋系超导体（Bi2Sr2Ca2Cu3O7‑
x
）超导线/带材在不同的工程应用条件下展现出了各自不可代替的优势。由于实用化NbTi和Nb3Sn线材具有出众的金属加工成型特点，使其在批量化制备和商业工程应用方面获得了瞩目成就。然而考虑到从常温获得低温所需消耗的能量随着温度的降低而非线性上升，故NbTi和Nb3Sn线材在低温环境（4.2K）运行时所消耗的能量对其工程应用的成本产生了较大负担。由于实用化MgB2、REBa2Cu3O7‑
x
、Bi2Sr2Ca2Cu3O7‑
x
高温超导线/带材可在高于20K的环境下工作，故其发展极大提高了超导技术的应用价值。实用化MgB2超导线材转变温度达39K，且线材的制备成本低廉，故在制冷机或液氢（20K）制造的工作环境下获得了显著优势。
[0003]目前，实用化MgB2超导线材采用粉末装管技术（Powder in tube）制备，金属辅助基体通常有铜（Cu）、铌（Nb）、镍（Ni）、蒙乃尔合金（NCu30）等，制备过程中均采用二次组装的工艺。由于复合线加工过程是冷成型，故金属基体间的塑性变形是相互独立进行的。更重要的是粉末需伴随金属基体共同变形，而粉末自身无刚度，故其形变过程不服从金属塑性变形模式。上述问题将导致线材芯丝的变形具有较大的不均匀性，而这种不均匀性将进一步影响芯丝结构完整性和载流性能。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种二硼化镁超导线材制备方法及二硼化镁超导线材，用以解决现有技术中MgB2超导线芯丝变形不均匀导致芯丝结构完整性和载流性能受到影响的问题。
[0005]一方面，本申请实施例提供了一种二硼化镁超导线材制备方法，包括：在Nb锭上加工多个孔洞，所述孔洞包括中心孔洞和边缘孔洞；将Cu棒插入所述中心孔洞，将所述Nb锭套入NCu30合金管，获得复合锭；对所述复合锭进行抽真空和加热；将Mg粉和C包覆B粉混合均匀，获得前驱粉末；在真空和加热状态下将所述前驱粉末装入所述复合锭的边缘孔洞中，获得装粉复合锭；对所述装粉复合锭进行冷旋锻和冷拉拔，获得多芯复合线；对所述多芯复合线进行高温成相热处理，获得二硼化镁超导线材。
[0006]另一方面，本申请实施例还提供了一种二硼化镁超导线材，该二硼化镁超导线材采用上述方法制备得到。
[0007]本申请中的一种二硼化镁超导线材制备方法及二硼化镁超导线材，具有以下优点：1、本申请采用加工有孔洞的高纯Nb锭作为稳定基体，将混合均匀的Mg粉和B粉装入孔洞中。该方法使线材制备过程中无需亚组元的二次组装，缩短了线材制备周期，同时线材加工时Nb基体的变形是连续进行，有助于进一步提高线材芯丝的形变均匀性，且线材的超导载流性能也将相应提升。
[0008]2、本申请中前驱粉末装管过程在真空加热环境下进行，在粉末装入Nb锭过程中，粉末表面吸附的气体将在真空和高温作用下脱附，该过程可有效提高装管粉末密度的均匀性。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为本申请实施例提供的制备过程中的二硼化镁超导线材的截面示意图。
[0011]附图标号说明：1
‑
NCu30合金管，2
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Nb锭，3
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孔洞，4
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Cu棒。
具体实施方式
[0012]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0013]本申请实施例提供了一种二硼化镁超导线材制备方法，该方法包括以下步骤：S100，在Nb锭2上加工多个孔洞3，所述孔洞3包括中心孔洞和边缘孔洞。
[0014]示例性地，Nb锭2为圆柱状结构，其可以采用高纯度Nb制成，纯度为99.9%。在加工孔洞3时，可以采用深孔钻技术，沿Nb锭2的轴线加工圆柱状的中心孔洞，并在中心孔洞周围加工多个与中心孔洞平行的边缘孔洞，该边缘孔洞也为圆柱状。
[0015]在本申请的实施例中，中心孔洞和边缘孔洞的直径不同，中心孔洞的直径为20mm~100mm，边缘孔洞的直径为5mm~80mm。
[0016]S110，将Cu棒4插入所述中心孔洞，将所述Nb锭2套入NCu30合金管1，获得复合锭。
[0017]示例性地，Cu棒4采用无氧铜制成，其纯度为99.9%，且Cu棒4的形状和尺寸与中心孔洞相匹配，以使Cu棒4插入中心孔洞后二者之间紧密接触。NCu30合金管1的外径为15mm~50mm，壁厚1mm~20mm，且已经经过退火处理。
[0018]在本申请的实施例中，在将所述Cu棒4插入所述中心孔洞前，还对所述Nb锭2进行酸洗，以确保Nb锭2及其上的孔洞3具有足够的洁净度。
[0019]S120，对所述复合锭进行抽真空和加热。
[0020]示例性地，可以采用真空粉末装管设备对所述复合锭进行抽真空和加热。
[0021]S130，将Mg粉和C包覆B粉混合均匀，获得前驱粉末。
[0022]示例性地，可以在手套箱中对所述Mg粉和C包覆B粉进行混合。在手套箱中混合得到前驱粉末后，将其装入不锈钢制造的料罐中，并将所述料罐与所述真空粉末装管设备连接。该料罐上设置有阀门，该阀门可以通过手动控制或电驱动的方式打开，当阀门被打开后，即可将料罐中的前驱粉末倒出。
[0023]在本申请的实施例中，前驱粉末中Mg粉和C包覆B粉的质量按原子个数比Mg:B=1:2计算，而且Mg粉平均粒度为100μm，纯度为99.9%，C包覆B粉的平均粒度为2μm，前驱粉末中C的质量分数为2%~10%。
[0024]S140，在真空和加热状态下将所述前驱粉末装入所述复合锭的边缘孔洞中，获得装粉复合锭。
[0025]示例性地，本申请采用真空粉末装管技术的主要作用是将微米级粉末表面的吸附气体脱附，使装管粉末间隙处于真空状态，进而增加装管粉末密度。
[0026]在具体的制备过程中，可以先将复合锭放入真空粉末装管设备，启动真空和加热程序后，真空粉末装管设备即可自动进行抽真空和加热操作。在抽真空和加热过程中，生产人员可以进行前驱粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二硼化镁超导线材制备方法，其特征在于，包括：在Nb锭（2）上加工多个孔洞（3），所述孔洞（3）包括中心孔洞和边缘孔洞；将Cu棒（4）插入所述中心孔洞，将所述Nb锭（2）套入NCu30合金管（1），获得复合锭；对所述复合锭进行抽真空和加热；将Mg粉和C包覆B粉混合均匀，获得前驱粉末；在真空和加热状态下将所述前驱粉末装入所述复合锭的边缘孔洞中，获得装粉复合锭；对所述装粉复合锭进行冷旋锻和冷拉拔，获得多芯复合线；对所述多芯复合线进行高温成相热处理，获得二硼化镁超导线材。2.根据权利要求1所述的一种二硼化镁超导线材制备方法，其特征在于，采用真空粉末装管设备对所述复合锭进行抽真空和加热。3.根据权利要求2所述的一种二硼化镁超导线材制备方法，其特征在于，所述前驱粉末混合均匀后装入料罐中，并将所述料罐与所述真空粉末装管设备连接。4.根据权利要求3所述的一种二硼化镁超导线材制备方法，其特征在于，在手套箱中对所述Mg粉和C包覆B粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明江，郭强，朱燕敏，严凌霄，武博，史一功，刘向宏，冯勇，
申请(专利权)人：西安聚能超导线材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：