[发明专利]一种制备铁基超导复合带材的方法

说明书

一种制备铁基超导复合带材的方法，具体步骤为：(a)将铁基超导前驱粉填入内层金属管中，通过机械加工成单芯带材；(b)对外层金属包套进行机械加工，将内层金属带材塞入加工好的外层金属包套内进行复合；(c)对复合体进行机械加工及热处理，得到铁基超导复合带材。

技术领域

本发明涉及一种制备铁基超导复合带材的方法。

背景技术

高温超导材料在强电应用领域上的突破取决于超导材料以及超导线、带材加工工艺的发展。2008年发现的铁基超导材料因其同时具有高上临界场，低各向异性以及较高的超导转变温度等特性而激起了全世界范围内的研究热潮，有望在超导电缆、变压器、超导磁体等方面得到广泛应用。目前，制备铁基超导线、带材较为成熟的方法为金属套管法(PIT法)。首先在高温条件下合成铁基超导熟粉，再将熟粉装入金属管中，继而对该金属管进行一系列机械加工，最后通过热处理得到铁基超导线、带材产品。由于铁基超导材料中存在弱连接效应，因此一般采用轧制或压制的方法制备铁基超导带材，提高织构度从而提高载流性能。由于银对铁基超导材料有足够的化学反应惰性，而且它还具有良好的导热能力和延展性，因此PIT法中一般选择银管作为包套材料。然而，一种超导材料能否在工业上大规模应用不仅取决于其能否承载较高的电流密度，还取决于其是否具有很高的拉伸强度，是否可以弯曲到较小的半径而又同时保持大电流。银包套虽然具有上述优点，但其机械强度很弱。研究表明，银包套铁基超导带材的不可逆应力值σ_irr只有35Mpa[Supercond.Sci.Tech.28,035007(2015)]，在强磁场下很容易由于受到强电磁力而发生不可逆破坏，因此不适用于超导线圈、超导电缆等电力应用。另外，通过旋锻、拉拔、轧制工艺制备的铁基超导带材的带材芯中存在大量的孔洞和裂纹，严重阻碍了超导临界电流密度J_c的提高。因此，提高铁基超导芯的致密度，减少孔洞和裂纹成为铁基超导线带材的重点研究方向。目前，热等静压法(HIP法)和热压法(HP法)被分别用来提高铁基超导线材和带材中超导芯的致密度，其中热压法制备的带材在4.2K温度和10T磁场下的超导临界电流密度超过了0.1MA/cm²，达到实用化水平。然而，上述方法不能用来制备超导长线，没有解决包套机械强度弱的问题，不适用于大规模工业生产和应用。因此，需要在Ag包套外层复合一层硬度较高的包套，提高机械强度。目前一般采用以下两种工艺制备复合超导线带材：

1.先将内层套管与外层套管进行复合、加工，得到复合管；再将超导前驱粉填入复合管内并进行机械加工和热处理，得到最终的线带材，如专利：200610114264.5，200710121109.0。

2.先将前驱粉填入内层管中，再将装有前驱粉的内层管塞进外层套管内，最后进行机械加工得到线带材，如专利：200910241918.4。

以上两种工艺存在缺点：由于铁基超导线带材内包套一般采用较软的Ag或Ag合金，而外层包套的硬度、延展性与内层包套差距较大，先复合再加工容易造成超导芯不均匀甚至断芯。其次，直接对复合管进行机械加工，难以在其中形成高织构度的超导芯。以上缺点将严重影响铁基超导带材的载流性能。

因此，需要开发出一种铁基复合线、带材制备工艺，在提高超导芯致密度及临界电流密度的同时，提高线材、带材的机械强度，降低生产成本，使其适用于超导电缆及超导磁体的制备。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术在铁基超导线带材生产中存在的问题，提出一种制备高机械强度、高临界电流密度的铁基超导复合带材的方法。本发明方法工艺简单，成本低廉，适用于规模化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种制备铁基超导复合带材的方法，其特征在于，所述制备方法的工艺步骤如下：

(1)将铁基超导前驱粉填入内层金属管中，加工成单芯带材；