[发明专利]通过新型热处理提高Nb3

说明书

描述了新的用于内锡法Nb₃Sn股线的热处理。所述热处理使用Nausite膜来降低η相的体积分数，从而使其液化最小化，最终导致更好地连接的Nb₃Sn。除了最终的Nb₃Sn反应阶段之外，所述热处理只需要一个阶段。该热处理允许临界电流密度(在16T)增加28％。

技术领域

本发明一般涉及超导材料及其制造工艺。更具体地，本发明提供了一种使Nb₃Sn超导股线中的临界电流密度最大化的热处理。

背景技术

Nb₃Sn超导股线可由几种不同的工艺制成，包括青铜法(Bronze Process)[1]、粉末套管法(Powder in Tube)[2]和内锡法(Internal Tin)[3]。对于内锡法工艺，扩散阻挡层可以是用于ITER聚变项目的单一非反应阻挡层[4]，或者具有棒重新堆叠法(RodRestack Process)中的多个分布式可反应扩散阻挡层[5]。内锡法Nb₃Sn超导股线是通过在称为“子单元”(sub elements)12的特征的阵列中通过共同拉伸Nb、Cu和 Sn的延性金属合金(通常与Ti和/Ta合金化以用于掺杂目的)而制造，如图1所示，其重新堆叠在Cu套11中以形成完整的超导线前驱体 10。然后使用特定的热处理(通常具有多个温度保持(temperature hold)) 使这些“未熟”(green)组分(Nb细丝14、Nb阻挡层15、Cu基体17， Sn13芯)进行反应，以激活Nb₃Sn的形成[5]，形成超导体。已经注意到，该热处理对股线的最终超导性能可以有很大的影响。内锡法 Nb₃Sn超导线出现后50年来，Nb₃Sn反应热处理遵循类似的多温度/ 时间阶段模式。过去，Nb₃Sn线的热处理使用了很多温度保持(或者停留(dwell))，其被设计成在经历相变之前均匀化Cu-Sn混合物[6]，以及避免孔隙[7]。下面描述了历史上用于内锡法Nb₃Sn股线的不同停留及使用其的理由。

1.初始锡混合停留(Initial Tin Mixing Dwell)：210至215℃：该停留通常用于在超过纯Sn的熔化温度227℃之前尽可能均匀化Cu-Sn 混合物以将纯Sn转化成η相(以防止其液化)[8]。也有人认为，该停留会“弄湿”晶界和防止孔隙。停留时间的长度通常为24至100小时。

2.青铜相混合停留(Bronze Phase Mixing Dwell)：(a)340℃：该停留用于为了低AC损耗而设计成具有相对较低Sn含量的股线。该停留被建议在超过δ相的形成温度之前尽可能均匀化，因为已表明该相与孔隙有关[9]。或者(b)400℃：该停留与为了最大临界电流密度而设计成具有相对较高Sn含量的股线相关。如图2所示，该停留被建议在超过η相的熔化温度之前[8]尽可能混合Cu-Sn以将η相18转化成ε相19[10]。然而，应该提及的是，所述混合被期待是在细丝内发生 [4]，而在不是芯内发生，如Sn-Nb-Cu三元膜20所允许的。

3.桥接防止停留(Bridging prevention dwell)：450℃：该停留用于为了低AC损耗而设计成具有相对较低Sn含量的股线。根据报告，该停留产生大量孔隙，可以防止细丝桥接(如果这是期望的话)[11]。

4.细丝包停留(Filament Pack Dwell)中青铜的分布：575℃：根据报告，该停留是在最小Nb₃Sn形成和细丝内Sn的均匀分布之间的折衷[10]，以在形成Nb₃Sn的反应发生之前均匀化细丝周围的相。

5.Nb₃Sn反应停留(Nb₃Sn Reaction Dwell)：620℃至700℃：该最终停留是Nb₃Sn反应阶段，其中Nb在Cu的存在下与Sn进行反应以形成Nb₃Sn。

发明内容