[发明专利]一种改良型青铜法Nb3

说明书

本发明属于超导材料制备技术领域，公开一种改良型青铜法Nb₃Sn超导线材的制备方法，包括：制备由Sn或Sn合金箔和Cu箔缠绕在Nb棒上形成的组合体；将组合体装入第一无氧铜管中，随后加工成六方的Sn‑Cu‑Nb亚组元；将若干六方亚组元装入第二无氧铜管中，按密排六方组装得Nb₃Sn坯料；对Nb₃Sn坯料进行压延加工，制得Nb₃Sn前驱体线材；对Nb₃Sn前驱体线材进行青铜化和成相热处理，制得成品Nb₃Sn超导线材。本发明改善了普通青铜法Nb₃Sn超导线材的塑性加工性能，减少了退火次数，同时提高了青铜法Nb₃Sn超导线材的临界电流密度性能，有利于Nb₃Sn超导线材的大规模工业应用。

技术领域

本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种改良型青铜法Nb₃Sn超导线材的制备方法。

背景技术

铌三锡（Nb₃Sn）低温超导材料是目前10T以上高场超导磁体应用最主要的材料之一，已在高能粒子加速器、核磁共振谱仪（NMR）、以及磁约束核聚变（ITER）等较多领域有广泛的应用。内锡法和青铜法是目前生产Nb₃Sn超导线材的两种传统方法。由于青铜法Nb₃Sn线材具有更好的力学性能，因此应用更加广泛。

普通的青铜法Nb₃Sn超导线材制备过程如下：先制作多孔的锡青铜锭，随后将Nb棒插入锡青铜锭中，经过热挤压和拉拔加工，制作成六方形状的多芯亚组元棒材，随后将多根锡青铜/Nb复合亚组元装入锡青铜包套中，经过热挤压和拉拔加工，制作成更多芯丝的青铜法Nb₃Sn前驱体线材，最后经过成相热处理，制得成品的青铜法Nb₃Sn超导线材。

目前，在青铜法Nb₃Sn线材制备过程中，存在以下两个难题：

第一，在锡青铜中，Sn在铜基体的饱和溶解度只有13.5 wt.%，而为了获得足够的超导芯丝面积，Nb棒的尺寸也必须尽量大些；两方面因素造成了青铜基体中Sn含量不足，生成的Nb₃Sn超导芯丝Sn含量远低于25 at.%，仅能达到21~23 at.%；从而限制了青铜法Nb₃Sn超导线材的临界电流密度性能。

第二，在青铜法Nb₃Sn线材塑性加工过程中，由于青铜的加工硬化速度快，导致前驱体线材在拉拔过程中需要反复地对青铜进行去应力退火，造成了线材制造成本上升。

发明内容

本发明的目的在于提高现有的青铜法Nb₃Sn超导线材的临界电流密度，同时减少线材加工过程的反复的热处理退火，提供一种改良型青铜法Nb₃Sn超导线材的制备方法。

为实现上述目的明效果，本发明所采用的技术方案如下：

一种改良型青铜法Nb₃Sn超导线材的制备方法，包括以下步骤：

1）将Sn箔和Cu箔堆叠后，卷绕在Nb棒上，形成Sn-Cu-Nb组合体，并将其装入第一无氧铜管中，得到Cu包套的Sn-Cu-Nb复合棒；

该步骤实施过程中，Cu箔紧挨着Nb棒表面；Nb和Sn的摩尔比为3，Sn与Cu的摩尔比为0.05~0.5；Cu箔的厚度为0.1~1.0 mm；

2）将上述Sn-Cu-Nb复合棒加工成一定尺寸的六边形结构后定尺切断，得到六方的Cu包套Sn-Cu-Nb亚组元；

3）将若干六方的Cu包套Sn-Cu-Nb亚组元装入第二无氧铜管中，按密排六方组装，得到改良型青铜法Nb₃Sn坯料；