[发明专利]一种采用脉冲电流制备MgB2

说明书

本发明公开了一种采用脉冲电流制备MgB₂多芯超导线材的方法，具体指在MgB₂多芯复合包套加工过程中，于不同加工尺寸处采用脉冲电流对其进行快速、高效的加热处理，以缩短生产周期、提高生产效率，改善加工过程中线材各组元的加工硬化，防止线材产生阻隔层破损、断芯或者断线的现象。

技术领域

本发明属于超导线材制备技术领域，具体涉及一种MgB₂多芯超导线材的制备方法。

背景技术

1911年，荷兰的科学家Onnes发现水银的超导现象后，人们在随后七十余年的岁月中，只将转变温度提高到23K(约零下250℃)，2001年3月初，日本科学家报道了二元材料二硼化镁(MgB₂)在39K左右表现出超导特性。MgB₂因具有39K超导转变温度、较长的相干长度且原材料成本低廉等优点，被认为是适用在制冷机工作温度(15～25K)下医疗核磁共振成像仪(MRI)用超导磁体的材料，在MW级风力发电用超导电机以及超导电缆等应用上有着巨大的潜力。实用化MgB₂多芯超导线材通常采用原位粉末装管法(in-situ PIT)进行制备，该方法是将Mg粉和B粉装入金属管中，经旋断、拉拔和轧制等方法加工成单芯棒，接着将多根单芯棒装入金属管中组装成复合包套，经旋断、拉拔和轧制等方法制备成多芯线材。原位粉末装管法工艺流程容易控制，成为目前制备MgB₂的主要方法。

然而，多芯线材在加工过程中，粉末、单芯棒阻隔层和包套、二次包套等各组元均存在不同程度的加工硬化，若各组元的加工硬化未得到改善，则会导致其变形不均匀，影响线材性能，严重者则会导致断芯、断线的现象。为了改善线材的加工硬化，需在制备过程中辅助加以退火处理。

现行的退火处理一般采用电阻炉进行，该方法升降温速度慢，导致生产周期增加，且线材在长期的加热过程中容易产生氧化，需增加酸洗或打磨等工艺，从而提高了制备线材的人力和物力成本。近年兴起的脉冲电流加热是通过在金属中施加高密度的脉冲电流，使金属可以得到非常大的瞬时功率、电能、热能和应力，并对金属产生电至塑性现象，可以降低金属的变形抗力和加工硬化速率，提高延伸率，改善线材的加工性能，从而达到或接近线材热处理的效果。脉冲电流加热可提高加热速率，降低能耗，减少氧化，是一种简单易行的加热方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于为克服传统热处理方法周期长、易氧化等缺点，通过在加工过程中采用脉冲电流对复合线材进行多次加热处理，改善线材各组元的加工硬化，从而快速、高效地制备出不存在阻隔层破损、断芯或断线的MgB₂多芯超导线材。

本发明提供了一种采用脉冲电流制备MgB₂多芯超导线材的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，将Mg和B粉按照1:2的原子比进行混合，经研磨获得前驱体粉末；将前驱体粉末装入Cu/Nb管中组装成Cu/Nb/MgB₂单芯棒；将Nb棒放入Cu管中装成Cu/Nb中心棒；通过旋锻或拉拔将Cu/Nb/MgB₂单芯棒和 Cu/Nb中心棒加工至相同尺寸；

步骤2，将尺寸相同的Cu/Nb/MgB₂单芯棒和Cu/Nb中心棒依次进行定尺、截断，放入Monel管中组装成“n+m”芯复合包套，其中n为Cu/Nb/MgB₂单芯棒的数量、m为Cu/Nb中心棒的数量；

步骤3，将复合包套进行旋断和拉拔加工，在加工的过程中，选择在不同加工线径处采用脉冲电流加热设备对线材进行多次脉冲电流加热退火处理，而后继续进行旋断和拉拔加工，直至线材加工至最终成品线尺寸；

步骤4，将成品线进行最终热处理，具体为将线材在惰性气体环境中30 min～60min加热至560℃～670℃保温1h～4h，得到MgB₂多芯超导线材。