[发明专利]铌三锡高场导体的制备方法

说明书

本发明是铌管富锡法制备Nb₃Sn高场导体的方法的改进，属于超导导体加工工艺。

添加第三元素是提高Nb₃Sn高场性能的有效途径。采用N_b管富锡法制备Nb₃Sn导体，在N_b材中添加第三元素Ti（Proc，of Joint Japan-China Seminar IIon Superconductivity，Sendai，Japan，1986，P8）或在富锡合金中添加第三元素Ti（低温物理，V7，1985，274）均可明显改善Nb₃Sn导体在大于12特斯拉磁场区域的载流能力，其原因主要是提高了上临界场Hc₂;而在富锡合金中添加第三元素Mg，可明显改善Nb₃Sn导体在小于12特斯拉磁场区域的载流能力，这归因于进入Nb₃Sn反应层的Mg以Mg-N_b-O化合物沉淀相粒子弥散分布在Nb₃Sn层靠近Cu-Sn-Mg母材侧的晶粒中，并细化了这部分晶粒，从而增强了磁通钉扎（低温物理学报V9，1987，107）。

由于Ti和Mg改善Nb₃Sn材料载流能力的机制不同;另外，由于Ti进入A15型（N_b，Ti）₃Sn化合物晶格，并占据N_b原子的结晶学位置（J.Appl.Phys V55，1984，4330），进入Nb₃Sn反应层的Mg以Mg-N_b-O化合物沉淀相弥散分布在Cu-Sn-Mg母材侧的Nb₃Sn晶粒中，因此，Ti和Mg在Nb₃Sn中的存在形态也不同。因而，可以在Nb₃Sn中同时加入Ti和Mg，从而在0-20特斯拉的整个磁场区改善Nb₃Sn的载流能力。

发明人曾在CN85107979A中改进了铌管富锡法制备Nb₃Sn高场导体的方法。本发明的目的在于进一步对铌管富锡法加以改进，同时将Ti和Mg作为第三元素和第四元素加入到母材和铌材中，使Ti和Mg联合对改善Nb₃Sn导体的载流能力发生作用，从而明显提高Nb₃Sn导体在0-20特斯拉整个实用磁场区域的载流能力，即提高Nb₃Sn导体的临界电流密度。

以下说明一般的铌管富锡法制备二元或添加一种合金元素的Nb₃Sn高场导体的方法。

图1是铌管富锡法制备二元Nb₃Sn高场导体的方法。图1是用中频感应炉熔炼富Sn的Sn-Cu合金，含铜量为5-8wt%（wt%是重量百分比），2是将富锡合金车皮、冷锻和冷拉成棒，3是酸洗工艺。4为一定尺寸的紫铜管，一般选择Cu管尺寸应保证Cu管和富锡合金均匀化后，Sn的名义平均成份小于38wt%，5是酸洗工艺。6、7、8分别是Cu管与富锡合金棒的复合，冷拉与酸洗工艺以形成包Cu的富锡合金棒。9与10为Nb管及其酸洗工艺。11与12为OFHC铜管及其酸洗工艺。30是内层包铜富锡合金棒、中间Nb管和外层OFHC铜管单芯复合棒，31是将单芯复合棒冷拉成一定尺寸的六角棒并进行长度定尺，32是复合棒酸洗。40和41是OFHC Cu管及其酸洗。50为OFHCCu管与多根单芯复合棒进行多芯复合，51和52是多芯复合棒的冷拉和拧扭工艺。61为绕制磁体，62与63为Nb₃Sn生成扩散热处理。

把第三元素Ti单独添加到Nb材中的铌管富锡法制备Nb₃Sn导体的工艺流程与图1基本相同，只需用含Ti为（0.5-1.5）wt%的Nb-Ti合金管代替图1中的铌管9。含Ti为（0.5-1.5）wt%的Nb-Ti合金管的制备方法如图2所示。图中20是电子束轰击的高纯Nb材，21是海绵钛经真空自耗电弧炉熔炼的纯Ti材料，22是将纯Nb和纯Ti经真空自耗电弧炉熔炼得的Nb-（0.5-1.5）wt%Ti合金锭，23是合金锭中心打孔并在500-800℃下热挤压成管材并继续冷加工成所需尺寸。