[发明专利]高性能铋系高温超导带材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以BSCCO-2223(即(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y)为主相的高性能铋系高温超导带材及其制备方法。

背景技术

铋系高温超导带材是目前唯一可规模化生产的高温超导材料。应用铋系高温超导带材制成的超导电缆、超导电机、超导限流器、超导磁分离器、超导储能系统等产品的研发已取得重大突破，许多项目已进入样机试运行阶段。但能够进入市场化应用的还只是其中的很少一部分产品。

铋系高温超导(Bi-2223/Ag)带材的制备方法一般是先将超导前驱粉末填充到银或银合金套管内，然后通过一系列的机械变形(旋锻、拉拔和轧制等)加工成工艺要求的形状(如线或带等)，再进行一次热处理或多次反复的形变热处理，最后得到具有一定超导性能的铋系高温超导带材。利用上述方法，目前可以制备出长度为千米级的铋系多芯高温超导带材，并已实现产业化。

由于采用上述方法制备铋系高温超导带材的拔制过程中，超导前驱粉末中片层状的超导晶粒在压力的作用下破碎，晶粒的尺寸逐渐变小，到拔制过程结束时，晶粒的尺寸一般在0.2微米以下，晶粒的形状由片层状碎化为柱状或球状等。在随后的轧制过程中，柱状或球状的晶粒的取向是随机的，这将影响到最终超导带材中超导晶粒之间连接，严重影响了铋系高温超导带材的临界电流密度的提高。因此目前，千米级别的长带材临界电流密度的最高记录约为40000A/cm²，这一数值距其理论值(10⁵A/cm²～10⁶A/cm²)尚存在数量级上的差别。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能铋系高温超导带材及其制备方法。采用本发明方法可以制备出高性能的铋系高温超导带材，所述带材具有较高的临界电流密度。

本发明的技术方案是：

所述带材由金属套和位于金属套内的超导芯组成，所述超导芯主相为(Bi，Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O_y，其重量百分比含量为超导芯的75～98％，第二相为CuO、(Ca，Sr)₂CuO₃、(Ca，Sr)₁₄Cu₂₄O₄₁、Bi₂Sr₂CuO₆、Ca₂PbO₄、SrCaCuO、CaCuO、Pb₃Sr_2.5Bi_0.5Ca₂CuO_y中的任意两种或者两种以上的组合，其重量百分比含量为超导芯的2～25％；所述金属套为银或银合金。

高性能铋系高温超导带材的制备方法有如下步骤：

1)将权利要求1所述的具有超导芯成分的超导前驱粉末压成柱状，装入银或银合金套管中，经过多道次的拔制后得到单芯圆线，再平分为若干段的圆线材，装入另一金属套管中，经过多道次的拔制后得到多芯圆线；

2)步骤1)制备的多芯圆线材在温度为600～840℃，保护气氛中氧气的分压力为0.01～0.21atm的条件下进行第一次热处理，热处理时间为1～30小时，使线材中的超导相的晶粒尺寸大于1微米；

3)步骤2)制备的多芯线材轧制成厚度为线材直径的15～80％的带材，所得的带材进行第二次热处理，热处理的保温温度为600～840℃，保护气氛中氧气的分压力为0.01～0.21atm，热处理保温时间为1～30小时

4)轧制步骤3)所得带材，得到厚度为0.2～0.4毫米的多芯超导线材；

5)步骤4)制备的多芯超导线材在温度为800～850℃，保护气氛中氧气的分压力为0.01～0.21atm的条件下进行第三次热处理，热处理时间为1～20小时，热处理后线材中的超导芯第一相超导相的含量为30～80％；

6)机加工；

7)步骤6)制备的多芯带材在温度为800～850℃，保护气氛中氧气的分压力为0.01～0.21atm的条件下进行第四次热处理，热处理时间为1～80小时，热处理后线材中的超导芯第一相超导相的含量为75～98％；