[发明专利]一种矩形多芯复合超导带材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导材料制备技术领域，具体涉及一种矩形多芯复合超导带材的制备方法。

背景技术

随着地球“气候变暖”和人类生存环境的恶化，发展节能、环保以及新能源技术成为21世纪人类必然的选择；而超导材料作为21世纪最重要的高技术节能环保材料在大规模输配电、超强磁体、储能、发电机、变压器、磁悬浮列车等领域有着广泛的应用。

目前，低温超导体NbTi合金是运用最广泛的超导材料，具有优越的机械加工性能和超导性能，其长度可达万米。NbTi超导体的制造成本低于其它低温超导材料，且工艺成熟，性能稳定，因此得到广泛的应用。包括我国在内的美国、俄罗斯、欧洲以及其它很多国家和地区都对NbTi超导线材的实际运用做了很多富有成效的研究。但是，NbTi超导体一般工作在液氦（4.2K）温度下，且液氦的比热很小，在使用过程中会被大量损耗，而液氦的购买必须依靠美国等西方国家，因此对于NbTi超导体的实用化受到一定的限制。NbTi超导体的临界转变温度为9.8K，小的热扰动就有可能导致其发生失超现象，产生大量热，造成液氦的大量损失，且影响磁体系统的稳定性。

MgB₂超导材料由于其临界温度高（Tc=39K）、相干长度大、不存在晶界弱连接等优点，这一系列的优点使得MgB₂超导体一出现就迅速引起人们的广泛关注。由于市场上小型制冷机就可以很容易达到20K左右的低温，因此，MgB₂超导材料被认为有望实现20K工作温度下，1～3T医疗核磁共振成像（MRI）磁体的应用。MgB₂超导线带材一般选用无氧铜作为稳定层，选用Nb、Ta和Ti作为阻隔层材料，外包套材料则多选用Fe、不锈钢、Monel和CuNi合金，随着外包套材料的强度升高，生成的MgB₂超导芯的致密度有一定的增加。但是MgB₂超导体由于其粉体固有的性质，导致其机械系能差，在很小的应力下就会发生失超现象，且其临界电流密度受磁场影响大，需要引入有效的钉扎中心，而化学掺杂是一种有效的掺杂方式。

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，提供一种矩形多芯复合超导带材的制备方法。该方法采用溶液包覆工艺制备装管前驱粉，可以保证掺杂C均匀分布，不会造成团聚现象，并且分解产生的C活性高，在较低的温度下就可以起到掺杂作用，而较低的热处理温度可以保证较细的晶粒，较细的晶粒则可以提供更有效的钉扎中心，提高带材在较高磁场条件下的临界电流及扩散层对带材超导性能的影响。采用本发明的方法制备的复合超导带材较单一的MgB₂和NbTi超导材料具有更宽的温度使用范围和更高的使用磁场。当温度大于9.8K时，由MgB₂超导芯丝提供传输电流；当温度小于9.8K时，由MgB₂芯丝和NbTi超导芯丝共同提供传输电流。而且当铌钛超导材料失去超导电性后，在MgB₂超导体超导转变温度以下，尤其是在20-35K，MgB₂芯丝可以起到很好的分流作用，将NbTi超导芯丝中绝大部分电流分流到具有零电阻效应的MgB₂芯丝中，从而对磁体系统进行很好的保护。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矩形多芯复合超导带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将无定形硼粉和镁粉按照Mg∶B=1∶2的原子比配料，混合均匀，然后向混合物中加入苹果酸乙醇溶液，在200r/min～400r/min下搅拌30min～90min，得到混合浆体；所述苹果酸乙醇溶液中苹果酸的质量为无定形硼粉和镁粉总质量的10%～30%；所述苹果酸乙醇溶液中苹果酸的质量百分比浓度为15%～25%；

步骤二、将步骤一中所述混合浆体在50℃～60℃下真空焙干，研磨得到粉末；将所述粉末置于管式炉中，在氩气保护下以0.5℃/min～1℃/min的速率升温至180℃～200℃后恒温1h～2h进行低温分解处理，随炉冷却后研磨均匀得到装管前驱粉；

步骤三、将步骤二中所述装管前驱粉装入Nb管中，得到装管复合体；然后对所述装管复合体进行旋锻拉拔，得到具有正六边形截面的Cu-Nb-MgB₂单芯棒；再对所述Cu-Nb-MgB₂单芯棒进行定尺和截断，然后酸洗去除表面氧化皮；