[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

2001年1月，日本科学家秋光纯(Akimitsu)领导的研究小组发现了二硼化镁的超导电性，轰动了整个凝聚态物理界，因为它创造了金属间化合物超导材料转变温度的新纪录，超导转变温度高达39K，随即在全世界范围内激起了研究的热潮。粉末套管法(PIT)是制备MgB₂线材的主要工艺，采用PIT技术制备高Jc、高电磁稳定性MgB2线材已经成为国际超导材料研究的前沿。

由于单芯线材中MgB₂超导芯的尺寸较大，线材在低场下承载大电流时会积聚大量的热量，从而导致失超。多芯线材减小了单个MgB₂超导芯的尺寸，同时增大了整个超导芯的截面积，使其载流能力大大增强。另外从超导芯应力保护、减小磁通跃迁、热稳定性和交流损耗等角度综合考虑，多芯线材是MgB₂超导线工业化应用较佳的发展方向。

目前公开报道的多芯MgB₂超导线材的制备方法多采用Nb管或Ta管作为阻隔层；同时为了提高线材的机械性能，采用NbTi/Cu合金棒作为加强芯；并且为了提高中、高场下的临界电流密度，在前驱粉末中引入了化学掺杂。其制备工艺比较复杂、并且成本较高。如刘国庆等在《一种多芯MgB₂/Fe/Cu超导线材的制备方法》（CN102693785B）中采用亚微米级TiC粉末掺杂，其前驱粉末的制备需先压制成块材，烧结后再经破碎、筛分并补充Mg粉和B粉，并且7芯线材的中心采用铜铌复合棒增强。白质明等在《一种溶液包覆法制备C掺杂多芯MgB₂超导线材的制备方法》（CN103956221A）中将Mg粉和B粉导入草酸乙醇溶液中，通过磁力搅拌、加热烘干、低温分解等步骤获得C掺杂的前驱粉末；同时采用Nb-Ti复合阻隔层，中心铜铌增强芯以及Cu-Ti合金层作为外包材料。王庆阳等在《Nb芯增强千米级7芯MgB₂超导线材的机械性能及超导性能研究》一文中采用TiC作为掺杂粉末，以Nb管作为阻隔层，Cu管作为稳定层，并且中心采用Nb棒作为加强芯制备了7芯线材。这些方法制备出的线材在中、高场下具有优良的超导电性，但是它们的工艺复杂，生产周期较长，并且设备成本较高，同时采用Nb、Ta等金属管大大增加了原材料成本，这些都不利于工业化生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中的不足，提出一种简单的多芯MgB₂超导线材的制备方法，具体来讲：采用低碳钢作为阻隔层，二次装管时分别采用低碳钢和Monel作为外包套，成本较低；通过轧制、拉拔、中间退火以及快速烧结等工艺分别制备出7芯和19芯超导线材，工艺简单、操作方便，利于工业化生产；同时制备出的线材具有较好的机械性能和超导电性。

1．一种多芯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、在氩气保护的手套箱中将摩尔比例为1:2~1:4的Mg粉和B粉装入球磨罐中，按原料与研磨球质量比为1:3~1:5的比例装入不锈钢研磨球，然后将装有原料粉末和研磨球的球磨罐密封后固定在球磨机上球磨；设定球磨时间为2~6h，且每球磨1h暂停10~20min，筛除研磨球后得到球磨后的原料粉末；

步骤二、采用浓度为8%~10%的稀盐酸将低碳钢管内外壁浸洗干净，然后用浓度为10%~15%的亚硝酸钠对其进行钝化处理；

步骤三、把球磨后均匀细小的原料粉末装入外径为10~20mm，壁厚为2~3mm的低碳钢管中，采用振动装置振动并用捣棒压实后密封两端；

步骤四、将步骤三中装好粉末的低碳钢管进行拉拔，起始10~15个道次为直拉，道次加工率为20%~30%，拉拔速度为3~8m/min，15~20道次为盘拉，道次加工率为8%~15%，盘拉速度为15~30m/min，得到单芯线材；拉拔过程中，当总的道次加工率达到60%~90%时进行中间退火，退火工艺为600~800℃，保温10~30min，退火后采用化学方法去除线材表面氧化皮；

步骤五、对所述单芯线材进行去应力退火，退火工艺为500~700℃保温10~30min，采用化学方法去除表面氧化皮后截取等长的N段单芯线，N>1，并进行矫直；