[发明专利]一种外阻隔方式制备高临界电流铌三锡超导股线的方法

说明书

本发明公开了一种外阻隔方式制备高临界电流铌三锡超导股线的方法。该方法通过将Nb棒插入钻孔铜锭或将CuNb棒密排组装与铜基体复合得到CuNb复合锭，复合锭两端加铜盖，焊接、热挤压，得到CuNb复合棒；去除CuNb复合棒中心的铜，将Sn合金棒插入其中，拉拔后定尺切断得到亚组元；将亚组元按层排列后集束装入Ta管内，再装入无氧铜管中，得到铌三锡(Nb3Sn)超导股线坯料，进行多道次拉拔制得高临界电流铌三锡超导股线。采用本发明的方法解决了Sn穿透Nb阻隔层导致股线RRR降低的问题，同时Ta阻隔层的加入使得股线中的Nb、Sn含量可以进一步增加，从而提高了股线的临界电流水平。

技术领域

本发明涉及超导材料加工技术领域，具体是涉及一种外阻隔方式制备高临界电流铌三锡超导股线的方法。

背景技术

剩余电阻比(RRR)是超导股线的一个重要性能指标，股线中的铜基体在超导体中起着稳定作用，当超导体在使用中由于某种原因而局部“失超”时，它能旁路大部分电流，使超导体因电阻升高发热，可使产生的热量迅速向周围的液氦散失，将超导体温度重新降至临界温度以下，恢复超导状态。对于Nb3Sn超导股线，需要经过长时间的热处理来保证Sn的扩散和Nb、Sn的充分反应，从而生成Nb3Sn超导相，最终获得超导性能。在热处理过程中，一旦Sn扩散至铜基体中会导致基体污染，使得股线的RRR大幅降低，降低超导体的稳定性。

为了避免热处理时铜基体的污染以保证高的RRR，通常采用外阻隔方式制备超导股线，增加阻隔层将铜基体与超导区分隔。目前，采用Nb作为阻隔层材料是使用的较多的方法，但是Nb作为一种反应型阻隔层会在热处理过程中与Sn反应生成Nb3Sn，即需要Nb阻隔层有一定厚度。然而，Nb阻隔层会在集束拉拔过程中发生不均匀变形而厚度不均，仍然存在Sn从阻隔层薄弱处穿透进入基体而导致超导线材RRR降低的风险。此外，反应型阻隔层限制了Sn含量的增加，使得线材临界电流难以进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种外阻隔方式制备高临界电流铌三锡超导股线的方法，解决Nb阻隔层与Sn反应导致铜基体污染，超导线材RRR降低的问题，具体而言，去掉了反应型Nb阻隔层而改为在亚组元外部增加非反应型Ta阻隔层。

为达到本发明的目的，本发明外阻隔方式制备高临界电流铌三锡超导股线的方法，具体包括以下步骤：

(1)通过将Nb棒插入钻孔铜锭或将CuNb棒密排组装与铜基体复合得到CuNb复合锭，所述复合锭中心区域为无氧铜，在复合锭外部包裹有铜包套，两端加铜盖，焊接、热挤压，得到CuNb复合棒；

(2)去除步骤(1)得到CuNb复合棒中心的铜，得到CuNb复合管，将Sn合金棒插入CuNb复合管中，拉拔后定尺切断得到亚组元；

(3)将步骤(2)得到的亚组元按层排列后集束装入Ta管内，再装入无氧铜管中，得到铌三锡(Nb3Sn)超导股线坯料，然后进行多道次拉拔，即可制得高临界电流铌三锡超导股线。

步骤(1)中，Nb的横截面面积可以占CuNb复合锭横截面总面积的40％～65％。

步骤(1)中，中心区域无氧铜的横截面面积可以占CuNb复合锭横截面总面积的20％～35％。

步骤(2)中，去除的中心铜的横截面面积可以占CuNb复合棒横截面总面积的15％～30％。

步骤(2)中，Sn合金可以为纯Sn、SnTi或SnCu中的任一种。

优选的，当Sn合金为SnTi或SnCu时Ti或Cu的质量分数为Sn合金的1％～3％。

步骤(2)中，所述亚组元的形状可以为圆形或六方形。

步骤(3)中，所述亚组元数量可以为1+3×n×(n-1)个，其中n为亚组元层数。