[发明专利]基于逐层堆叠的Nb3

说明书

一种基于逐层堆叠的Nb₃Al超导前驱体线材的制备方法，其步骤主要是：A、Nb‑Al复合包套的制备：从下至上将Nb箔和Al箔交替堆叠于管状Nb盒的矩形槽中，盖上上盖，内套于Cu管，焊接密封；B、Nb‑Al单芯棒的制备：将Nb‑Al复合包套经静液挤压、多次反复拉拔，再腐蚀去铜后获得Nb‑Al单芯棒；C、Nb₃Al超导前驱体线材的制备：将多个Nb‑Al单芯棒密排组装至Cu或Cu合金包套中，经电子束封焊、静液挤压、多次反复拉拔加工获得多芯线材；再腐蚀去铜即得。该方法操作简单，箔材的组装填充率高，各层箔材的紧密度均匀一致。以其制备的最终超导线材的性能好、一致性强，合格率高。尤其适用于超导长线材的制备。

技术领域

本发明属于低温超导材料制备方法技术领域，具体涉及一种多芯Nb₃Al 超导前驱体线材的制备方法。

背景技术

Nb₃Al是目前超导转变温度(T_c)、临界电流密度(J_c)和上临界场(H_c2) 等综合实用性能最好的低温超导材料。它与Nb₃Sn相比，超导转变温度达到 19.3K，也属于A15结构金属间化合物和晶界钉扎超导体；而且具有更高的上临界场和更好的高场临界电流密度特性；尤其重要的是，它比Nb₃Sn具有更优良的应力-应变容许特性。因此Nb₃Al超导线材被认为在下一代热磁约束聚变反应堆(ITER)、高能粒子加速器(LHC)和核磁共振谱仪(NMR)等超导磁体应用上有着巨大的潜力。

目前，Nb₃Al超导线材的制备过程分为“前驱体线材制备”和“热处理”两部分。制备用于磁场强度高于15T的Nb₃Al超导磁体的高性能Nb₃Al超导线材，其热处理方法是“高温急热急冷(RHQ)+成相热处理”。这种热处理工艺复杂，对前驱体线材要求较高：

前驱体线材通常采用卷绕法，即将Nb、Al箔材卷绕至Nb棒上，装入圆筒形的Cu包套，两端电子束焊接封口、再静液挤压、多次拉拔制作成单芯棒；单芯棒经多芯组装、静液挤压和反复拉拔等工艺制作成多芯线材。

在卷绕法制备Nb₃Al前驱体线材的过程中，通常要将数米长的Nb箔、Al 箔卷绕至直径仅为数毫米的Nb棒上，卷绕起始的起头困难；在卷绕的过程中要求箔材与Nb棒之间以及各层箔材之间贴合紧密、均匀，方可使卷绕装管填充率大于90％；并且卷绕后的复合体尺寸偏差也必须保证在±0.2mm之内。因此，要求卷绕设备的卷绕速度、卷绕力度的精度和一致性要求很高。对Nb箔、 Al箔尺寸精度以及平整度也要求较高。卷绕后的复合体会很容易出现尺寸偏差大，装管填充率低、层间贴合不均匀等问题。并且卷绕后的复合体各层箔材之间相互挤压、缠绕、拉扯形成约束，后期很难调整，进而导致后续加工各组元的变形不均匀，在后续的急冷急热并伴随拉动的过程中，容易出现断线以及线材中各组元的成分偏析的缺陷，最终影响超导线材的性能。导致其加工难度大，产品的一致性差，合格率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于逐层堆叠的Nb₃Al超导前驱体线材的制备方法，该方法操作简单，箔材的组装填充率高，各层箔材的紧密度均匀一致。以其制备的最终超导线材的性能好，产品的一致性强，合格率高。尤其适用于超导长线材的制备。

本发明实现其发明的目的所采用的技术方案是：一种基于逐层堆叠的 Nb₃Al超导前驱体线材的制备方法，其做法是：

A、Nb-Al复合包套的制备

取开管状Nb盒的上盖，从下至上将Nb箔和Al箔交替堆叠于管状Nb盒的矩形槽中，再将管状Nb盒的上盖盖上；最后将管状Nb盒内套于Cu管中，将Cu管的两端端口用真空电子束焊接密封，即得到Nb-Al复合包套；

B、Nb-Al单芯棒的制备