[发明专利]一种多芯MgB2超导线材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导材料加工工程技术领域，具体涉及一种多芯MgB₂超导线材的制备方法。

背景技术

MgB₂超导体自2001年发现以来，由于其临界温度为39K，具有相干长度大、不存在晶界弱连接等优点，倍受国内外科学家的关注，在经过了十年的大量、系统的研究基础上，发现元素掺杂是提高MgB₂线材高场载流能力的有效手段，而TiC掺杂是目前公认的最有效的掺杂物之一。MgB₂线材制备尤其是满足实用化要求的线材制备一直是研究的重点，目前，国际上多个厂家(如美国Hype Tech公司，意大利Columbus公司等)已经具备批量化提供接近实用化的千米级MgB₂多芯线材。美国Hype Tech公司所采用的是连续管线成型(CTFF：Continuous Tube Forming Filling)工艺，该工艺需要复杂且昂贵的设备作为基础，国内外只有少数几家科研机构采用该工艺。意大利Columbus公司采用的是传统的粉末套管法(PIT)工艺，该工艺简单，易操作，是目前制备MgB2线材采用最多的工艺。

CTFF技术制备MgB₂超导线材，是直接将MgB₂粉末置于金属带上，通过连续包覆焊管的方法制备成线材，然后在氩气保护下进行热处理。该技术流程曾用于Bi系高温超导带材，技术也相对成熟，但是存在加工设备较为复杂、成本高等缺点，目前仅有少数研究单位采用该工艺制备MgB2线带材。粉末套管法(PIT)是制备MgB₂线材的主要技术之一，PIT技术加工MgB₂线材主要有两种技术路线，即先位法(ex-situ)和原位法(in-situ)。Ex-situ PIT技术采用反应成相后的MgB₂作为先驱粉末直接装入金属管中，通过旋锻、拉拔和轧制工艺制备成一定尺寸的线材。该技术的特点是工艺简单，非常适合批量化生产。但是由于MgB₂材料具有类似陶瓷的脆性，ex-situ PIT制备过程中需要使用高强度的Fe基包套材料，对MgB₂芯丝施加足够的应力约束以增强晶粒连接。同时，冷加工过程中会导致线材中的MgB₂芯丝形成裂纹等宏观缺陷，导致线材性能急剧降低。

In-situ PIT技术采用Mg粉和B粉按MgB₂的原子数比装入金属管中，通过拉拔、轧制工艺制备成一定尺寸的线材，再进行热处理，最终在线材中生成MgB₂相。In-situ PIT技术的优点是在热处理过程中Mg熔化后与B反应成相，从而可以弥合加工过程中所形成的微裂纹，最终线材中的MgB₂超导相晶粒连接较好。但是由于很多包套材料包括常用的Nb、Fe等，在热处理温度较高时(大于750度)，包套材料将同Mg或B发生化学反应，生成一定厚度的扩散层，该扩散层的存在将对线材临界电流密度起到抑制作用，并且由于热处理温度较低TiC掺杂物中的碳原子很难取代硼位原子，而TiC掺杂物只能作为二相粒子存在于晶界处，很难明显提高线材在高场下的临界电流密度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种采用旋锻拉拔和孔型轧制相结合制备多芯MgB₂超导线材的方法。采用本发明的方法制备的线材具有较高的机械强度，可以承载较大的应力应变而超导载流性能无明显降低，更符合超导线材实用化的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多芯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、将镁粉、无定形硼粉和钠米TiC粉末按照Mg∶B∶TiC＝1∶(2-x)∶x的原子比进行混合，然后将混合物在氩气保护下研磨混合均匀，得到前驱粉末；所述x的取值为0.02～0.10；

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Ta管中，然后将装有前驱粉末的Ta管装入酸洗处理后的无氧铜管中，制得装管复合体；

步骤三、对步骤二中所述装管复合体进行孔型轧制，得到具有圆形截面的单芯线材，对单芯线材依次进行定尺、截断和酸洗；所述孔型轧制的道次加工率为10％～20％；