原位法制备多芯Ｃ掺杂ＭｇＢ２超导线材的方法技术

本发明专利技术公开了一种原位法制备多芯Ｃ掺杂ＭｇＢ２超导线材的方法，包括以下步骤：一、装管：首先，将干燥的镁粉、无定形硼粉和无定形碳粉或纳米碳粉充分混合均匀后装入经预先酸洗处理后的Ｎｂ金属管中，再在Ｎｂ金属管外侧套装无氧铜管一制得装管复合体；二、旋锻及拉拔加工处理并获得单芯线材；三、二次组装及旋锻与拉拔加工处理并获得设计尺寸的多芯复合包套线材；四、高温烧结处理。本发明专利技术制备设计合理、工艺步骤简单且实现方便、适合制备任意长度且具有高临界电流密度的ＭｇＢ２超导线材，在很大程度上降低了超导相与包套材料之间的反应，且临界电流密度也较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种C掺杂MgB2超导线材的制备方法，尤其是涉及一种原位法制备多芯C掺杂MgB2超导线材的方法。
技术介绍
MgB2超导体的超导转变温度高达39K，填补了中温超导体的空白，是一种在GM制冷机工作范围内(10-30K)具有极大应用潜力的新型超导材料。与氧化物高温超导材料相比，MgB2的晶体结构更简单，相干长度更大，无晶界弱连接，可以承载很高的电流密度，但是MgB2超导体中缺乏有效的钉扎中心，临界电流密度(Jc)随着温度和磁场的增加衰减很快，大量研究结果证明元素掺杂可以有效改善材料的超导电性，C元素的掺杂效果尤为明显，可以很大程度上提高线带材的临界电流密度，因此C掺杂MgB2线带材的制备受到广泛重视。 目前，MgB2线材制备主要有两种方法一、直接用商品MgB2粉末装管，然后经过拉拔加工成线材(简称先位法)；二、用Mg粉和B粉按MgB2的原子数比装管、拉拔，再进行热处理，从而生成MgB2相(简称原位法)。先位法工艺简单，但是在拉拔加工过程中MgB2芯丝易产生微裂纹，且很难通过热处理弥合，从而很难制备具有应用价值的高临界电流密度MgB2超导线材；而原位法制备的MgB2超导线材可以通过后续的热处理弥合加工过程中形成的微裂纹，提高MgB2晶粒间的连接性，最终可以承载较高的电流密度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种原位法制备多芯C掺杂MgB2超导线材的方法，其制备设计合理、工艺步骤简单且实现方便、适合制备任意长度且具有高临界电流密度的MgB2超导线材，在很大程度上降低了超导相与包套材料之间的反应，且临界电流密度也较高。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种原位法制备多芯C掺杂MgB2超导线材的方法，其特征在于该方法包括以下步骤 步骤一、装管首先，将干燥的镁粉、无定形硼粉和无定形碳粉或纳米碳粉按照原子数比为l : (2 x) : x的比例充分混合均匀，便获得混合料，其中0.05《x《0. 15;之后，将所述混合料装入经预先酸洗处理后的Nb金属管中，再在所述Nb金属管外侧套装无氧铜管一后，制得装管复合体； 步骤二、旋锻及拉拔加工处理采用旋锻机和拉拔机先后对步骤一中所述的装管复合体进行旋锻和拉拔处理，并获得单芯线材(1);且进行旋锻和拉拔处理时，道次加工率均为10% 20% ; 步骤三、二次组装及旋锻与拉拔加工处理，其二次组装及旋锻与拉拔加工处理过程如下 301、二次组装首先，对步骤二中所述的单芯线材进行定尺、截断和清洗，之后将清洗后的多根单芯线材沿圆周方向排列成圆环状结构并组装入经过酸洗的无氧铜管二，同时在所述圆环状结构内部插装入无氧铜棒后便获得多芯复合包套管；所述无氧铜管二的内 径尺寸与所述圆环状结构的外径尺寸相对应且无氧铜棒的直径与所述圆环状结构的内径 尺寸相对应； 302、二次旋锻与拉拔加工处理采用旋锻机和拉拔机先后对步骤301中所述的多 芯复合包套管进行旋锻和拉拔处理，并获得设计尺寸的多芯复合包套线材；且进行二次旋 锻和拉拔处理时，道次加工率均为10% 20% ; 步骤四、高温烧结处理采用管式退火炉在保护气氛下对步骤302中所述的多芯 复合包套线材进行高温烧结处理，便获得多芯C掺杂MgB2超导线材成品；且进行高温烧结 处理时，烧结温度为700 95(TC，升温速率为30 80°C /min且保温时间为0. 5 4h，冷 却速率为20 50°C /min。 上述步骤301中所述多根单芯线材的数量为6根或12根，且相应形成6芯或12 芯复合包套管。 上述步骤四中所述的保护气氛为纯氩气或由氩气和氢气组成的混合气。 上述步骤二中所述单芯线材的截面为正六边形或圆形。 所述由氩气和氢气组成的混合气中，氩气的体积百分比为95%，氢气体积的体积 百分比为5%。 上述步骤一中所述镁粉和无定形硼粉的纯度均为99%。 上述步骤一中所述的酸洗处理为对无氧铜管一用稀硝酸进行酸洗，对Nb金属管 采用硝酸和氢氟酸组成的混合酸进行酸，酸洗之后均用酒精进行脱水并烘干；步骤三中所 述的酸洗处理为对无氧铜管二用稀硝酸进行酸洗，酸洗之后用酒精进行脱水并烘干。 上述步骤301中所述的清洗为先采用金属洗涤剂进行清洗，清洗后用丙酮进行擦 洗并烘干。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点 1、工艺步骤简单、流程短且成本低。 2、操作简便且控制方便。 3、设计合理，采用加工性能优良、强度较高的Nb金属管外层覆铜管的复合体作为 MgB2的包套材料，有利于在加工过程中进行大变形量的加工，适合于多芯长线材的制备。 4、复合包套超导材料经过旋锻和拉拔的综合加工过程，不但工艺简单，而且形成 的超导体更致密，提高了临界电流密度。 5、加工过程形成的微裂纹可以通过后续的成相热处理加以弥合，提高了晶粒间的 连接性，而且金属Nb对MgB2材料具有很好的化学惰性，降低了 Nb/MgB2界面之间的扩散行 为。 6、适用范围广且产业价值高，本专利技术适合制备任意长度且具有高临界电流密度的 MgB2超导线材，采用本专利技术制备的线材包括具有超导性能的MgB2和包围MgB2的金属层，所 制备线材的横截面呈圆型且直径为0. 5-4. Omm。 综上所述，本专利技术制备设计合理、工艺步骤简单且实现方便、适合制备任意长度且 具有高临界电流密度的MgB2超导线材，在很大程度上降低了超导相与包套材料之间的反 应，且临界电流密度也较高。 下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明 图1为本专利技术的制备工艺流程图。 图2为本专利技术第一具体实施方式中二次组装所制得6芯复合包套管的结构示意 图。 图3为本专利技术第二具体实施方式中二次组装所制得6芯复合包套管的结构示意 图。 图4为本专利技术第三具体实施方式中二次组装所制得12芯复合包套管的结构示意 图。 图5为本专利技术第四具体实施方式中二次组装所制得12芯复合包套管的结构示意 图。 附图标记说明 1-单芯线材；2-无氧铜管二 ；3 —无氧铜棒。 具体实施例方式如图l所示，本专利技术所述的原位法制备多芯C掺杂MgB2超导线材的方法，其特征 在于该方法包括以下步骤 步骤一、装管首先，将干燥的镁粉、无定形硼粉和无定形碳粉或纳米碳粉按照原 子数比为l : (2 x) : x的比例充分混合均匀，便获得混合料，其中0.05《x《0. 15; 之后，将所述混合料装入经预先酸洗处理后的Nb金属管中，再在所述Nb金属管外侧套装无 氧铜管一后，制得装管复合体。 步骤二、旋锻及拉拔加工处理采用旋锻机和拉拔机先后对步骤一中所述的装管 复合体进行旋锻和拉拔处理，并获得单芯线材1 ;且进行旋锻和拉拔处理时，道次加工率均 为10% 20%。 步骤三、二次组装及旋锻与拉拔加工处理，其二次组装及旋锻与拉拔加工处理过 程如下 301、二次组装首先，对步骤二中所述的单芯线材1进行定尺、截断和清洗，之后 将清洗后的多根单芯线材1沿圆周方向排列成圆环状结构并组装入无氧铜管二 2，同时在 所述圆环状结构内部插装入无氧铜棒3后便获得多芯复合包套管；所述无氧铜管二 2的内 径尺寸与所述圆环状结构的外径尺寸相对应且无氧铜棒3的直径与所述圆环状结构的内 径尺寸相对应。 302、二次旋锻与拉拔加工处理采用旋锻机和拉拔机先后对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位法制备多芯Ｃ掺杂ＭｇＢ↓［２］超导线材的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、装管：首先，将干燥的镁粉、无定形硼粉和无定形碳粉或纳米碳粉按照原子数比为１∶（２～ｘ）∶ｘ的比例充分混合均匀，便获得混合料，其中０．０５≤ｘ≤０．１５；之后，将所述混合料装入经预先酸洗处理后的Ｎｂ金属管中，再在所述Ｎｂ金属管外侧套装无氧铜管一后，制得装管复合体；步骤二、旋锻及拉拔加工处理：采用旋锻机和拉拔机先后对步骤一中所述的装管复合体进行旋锻和拉拔处理，并获得单芯线材（１）；且进行旋锻和拉拔处理时，道次加工率均为１０％～２０％；步骤三、二次组装及旋锻与拉拔加工处理，其二次组装及旋锻与拉拔加工处理过程如下：３０１、二次组装：首先，对步骤二中所述的单芯线材（１）进行定尺、截断和清洗，之后将清洗后的多根单芯线材（１）沿圆周方向排列成圆环状结构并组装入经过酸洗的无氧铜管二（２），同时在所述圆环状结构内部插装入无氧铜棒（３）后便获得多芯复合包套管；所述无氧铜管二（２）的内径尺寸与所述圆环状结构的外径尺寸相对应且无氧铜棒（３）的直径与所述圆环状结构的内径尺寸相对应；３０２、二次旋锻与拉拔加工处理：采用旋锻机和拉拔机先后对步骤３０１中所述的多芯复合包套管进行旋锻和拉拔处理，并获得设计尺寸的多芯复合包套线材；且进行二次旋锻和拉拔处理时，道次加工率均为１０％～２０％；步骤四、高温烧结处理：采用管式退火炉在保护气氛下对步骤３０２中所述的多芯复合包套线材进行高温烧结处理，便获得多芯Ｃ掺杂ＭｇＢ↓［２］超导线材成品；且进行高温烧结处理时，烧结温度为７００～９５０℃，升温速率为３０～８０℃／ｍｉｎ且保温时间为０．５～４ｈ，冷却速率为２０～５０℃／ｍｉｎ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国庆，闫果，焦高峰，王庆阳，冯勇，李成山，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]