[发明专利]一种改进的制备Nb3

说明书

本发明公开了一种改进的制备Nb₃Al超导长线材的方法，步骤包括：第一步，用卷绕法制备Nb‑Al前驱体线材；第二部，用快热急冷高温热处理系统对Nb‑Al前驱体线材进行高温热处理；该过程采用卷对卷的方式进行热处理，将放线端的铜轮以及收线端的同步轮设置具有相同线速度的驱动力，使得线材所受张力为零；第三步，进行低温退火，得到具有A15相的Nb₃Al超导长线材。本发明提供的一种改进的制备Nb₃Al超导长线材的方法，解决了现有制备方法中由于线材受到张力导致温度波动从而使得线材性能不均甚至断线等情况，此方法显著提高了线材在快热急冷过程中温度的均匀性，使线材性能显著提高，且持续热处理有利于大批量高性能线材的制备。

技术领域

本发明属于超导线材性能提升技术领域，具体涉及一种改进的制备Nb₃Al超导长线材的方法。

背景技术

自20世纪五六十年代Nb₃Al超导材料被发现以来，随着科学家们对其研究的逐步深入，发现其在超导转变温度、上临界场和应力应变等方面与已经商用的Nb₃Sn超导材料相比具有更显著的优势，这也使得Nb₃Al超导材料可以承载较大的超导电流。因此科学家们也开发了多种多样的制备方法，其中用卷绕法制备Nb-Al前驱体线材并结合快热急冷法进行后续热处理被认为是目前制备高性能Nb₃Al超导线材的最优方法。

但是在用快热急冷法进行热处理过程中，线材的加热电流以及受到的张力都会对线材性能产生较大的影响。所使用的快热急冷设备的原理是基于直流欧姆加热，即在0.3s左右的短时间内将线材加热到2000℃左右；由欧姆定律可知热处理过程中的加热功率与加热时间和加热区间的电阻值平方成正比，而加热区间中l位置的温度T可以表示为：

式中ρ为Nb-Al前驱体线材的电阻率，ρ_m为质量密度，c为比热，R为线材半径，I为加热电流，v为导线速度。在快热急冷热处理的过程中，由于线材受到张力的影响，会使得线材发生变形，从而使得线径变小。由上式可以得到T/T＝2I/I,但是T/T＝-4R/R，这意味着热处理温度的相对波动是加热电流相对波动的两倍，是导线半径相对波动的4倍。由此可见，线径的微小变化都会导致线材加热区间温度的变化，特别是在热处理过程中2000℃的高温下，线材本身强度下降，线径的变化更为显著，严重加剧了热处理过程中的温度波动，造成线材性能下降甚至出现断线，造成不能大批量生产、进入到实用化阶段的情况。

因此，消除快热急冷热处理过程中张力的影响比稳定加热电流对提高Nb₃Al超导材料的性能更为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的制备Nb₃Al超导长线材的方法，制备的Nb₃Al超导长线材具有较好的超导性能，很大程度上解决了由于张力的影响而导致线材性能下降甚至断线的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种改进的制备Nb₃Al超导长线材的方法，包括以下步骤：

(1)前驱体线材的制备：采用传统的卷绕法，通过中心Nb棒卷绕Nb箔和Al箔得到Nb-Al前驱体线材；

(2)快热急冷高温热处理：

①将Nb-Al前驱体线材缠绕在放线轮上，连接线材通过整理轮一和压线轮一、铜轮和压线轮二、镓池、整理轮二和压线轮三、收线轮；

②对快热急冷高温热处理系统抽真空；

③设定放线端的铜轮和收线端的同步轮具有相同线速度的驱动力；

④设定输入电流和输入电压，调节为恒流模式或者是恒压模式；