高臨界電流密度鈮三錫超導線材用銅鈮複合棒的製備方法與流程

2023-09-22 17:13:15 1

本發明屬於超導材料加工技術領域，具體涉及一種高臨界電流密度鈮三錫超導線材用銅鈮複合棒的製備方法。

背景技術：

高臨界電流密度nb3sn超導線材是製造大型粒子加速器的重要材料，目前國際上在各個科學工程中批量交付使用的高臨界電流密度nb3sn超導線材的jc在12t，4.2k條件下可以達到2500a/mm2以上。獲得穩定的高臨界電流密度nb3sn長線製備技術和批量化生產能力，是製造大型加速器需要解決的重要基礎材料問題之一。

影響nb3sn超導線材臨界電流密度的主要因素是其超導相含量以及晶界釘扎中心的密度，為了提高nb3sn超導線材的載流能力，需要大幅提高線材中的nb、sn含量以獲得高的nb3sn超導相的體積分數。通常可將nb錠裝入cu包套中焊接、擠壓、拉伸得到cunb單芯棒，再通過組裝、焊接、擠壓、拉拔等一系列工序得到高nb含量的cunb複合棒。但是由於nb錠初始晶粒尺寸較大，在後續加工過程中難以均勻破碎，導致超導線材拉伸過程中斷線和斷芯等情況發生，一方面降低了線材加工的成品率，另一方面制約著超導線材載流能力的提高。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高臨界電流密度鈮三錫超導線材用銅鈮複合棒的製備方法，解決了現有方法製得的cunb複合棒中nb芯絲組織不均勻，導致超導線材加工過程中拉伸斷線的問題。

本發明所採用的技術方案是，高臨界電流密度鈮三錫超導線材用銅鈮複合棒的製備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，將無氧銅棒加工為外六方內圓薄壁銅管；

步驟2，將nb棒裝入清潔後的步驟1得到的六方銅管中，然後將六方銅管按六方排布堆垛裝入無氧銅包套中，無氧銅包套中心區域擺放與六方銅管規格相同的無氧銅棒，兩端加上銅蓋用電子束封焊，得到cunb複合包套；

步驟3，將步驟2得到的cunb複合包套加熱，保溫後，擠壓得到cunb複合棒。

本發明的特點還在於，

步驟1中銅管六方對邊尺寸為5mm～15mm，內孔直徑為φ4mm～φ14mm，壁厚0.2mm～1mm，長度為300mm～800mm。

步驟2中nb棒和六方銅管數量為150～800個，無氧銅包套直徑為φ150mm～φ300mm。

步驟2中nb棒數量與無氧銅棒數量的比例為1:1～2:1。

步驟3中加熱溫度為550℃～650℃，保溫時間為1～4小時。

本發明的有益效果是，一種高臨界電流密度鈮三錫超導線材用銅鈮複合棒的製備方法，通過將初始晶粒尺寸細小的nb棒裝入薄壁六方銅管組裝、焊接、擠壓得到cunb複合棒，省去了cunb單芯棒的加工，避免了由於nb錠初始晶粒尺寸粗大，擠壓後組織不均勻，導致超導線材後續加工過程中拉伸斷線、斷芯的問題。同時直接組裝cunb複合包套，提高了效率，降低了加工過程的質量風險。

附圖說明

圖1是本發明cunb複合包套的截面示意圖；

圖2是nb棒和六方銅管組裝局部放大圖。

圖中，1.無氧銅包套，2.無氧銅棒，3.nb棒和六方銅管，4.六方銅管，5.nb棒。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明一種高臨界電流密度nb3sn超導線材用cunb複合棒的製備方法，具體包括以下步驟：

步驟1，將無氧銅棒通過擠壓、拉拔、鋸切等工序得到長度為300mm～800mm，對邊尺寸為5mm～15mm，內孔直徑為φ4mm～φ14mm的外六方內圓薄壁銅管；

步驟2，將nb棒裝入清潔後的步驟1得到的六方銅管中，數量為150～800個，再按六方排布堆垛裝入無氧銅包套中，包套直徑為φ150mm～φ300mm，中心區域擺放與六方銅管規格相同的無氧銅棒，兩端加上銅蓋用電子束封焊，得到cunb複合包套；所得到的cunb複合包套結構如圖1所示，其中裝入其中的nb棒和六方銅管組裝結構如圖2所示。nb棒數量與無氧銅棒數量的比例為1:1～2:1。

步驟3，將步驟2得到的cunb複合包套加熱至550℃～650℃，保溫1～4小時後擠壓得到cunb複合棒。

本發明高臨界電流密度鈮三錫超導線材用銅鈮複合棒的製備方法，通過將初始晶粒尺寸細小的nb棒裝入薄壁六方銅管組裝、焊接、擠壓得到cunb複合棒，省去了cunb單芯棒的加工，避免了由於nb錠初始晶粒尺寸粗大，擠壓後組織不均勻，導致超導線材後續加工過程中拉伸斷線、斷芯的問題。同時直接組裝cunb複合包套，提高了效率，降低了加工過程的質量風險。

實施例1

步驟1，將無氧銅棒通過擠壓、拉拔、鋸切等工序得到長度為300mm，對邊尺寸為5mm，內孔直徑為φ4mm的外六方內圓薄壁銅管；

步驟2，將nb棒裝入清潔後的步驟1得到的六方銅管中，數量為150個，再按六方排布堆垛裝入無氧銅包套中，包套直徑為φ150mm，中心區域擺放與六方銅管規格相同的無氧銅棒，無氧銅棒數量為100個，兩端加上銅蓋用電子束封焊，得到cunb複合包套；

步驟3，將步驟2得到的cunb複合包套加熱至580℃，保溫2小時後擠壓得到cunb複合棒。

實施例2

步驟1，將無氧銅棒通過擠壓、拉拔、鋸切等工序得到長度為800mm，對邊尺寸為10mm，內孔直徑為φ9mm的外六方內圓薄壁銅管；

步驟2，將nb棒裝入清潔後的步驟1得到的六方銅管中，數量為800個，再按六方排布堆垛裝入無氧銅包套中，包套直徑為φ300mm，中心區域擺放與六方銅管規格相同的無氧銅棒，無氧銅棒數量為400個，兩端加上銅蓋用電子束封焊，得到cunb複合包套；

步驟3，將步驟2得到的cunb複合包套加熱至650℃，保溫1小時後擠壓得到cunb複合棒。

實施例3

步驟1，將無氧銅棒通過擠壓、拉拔、鋸切等工序得到長度為500mm，對邊尺寸為15mm，內孔直徑為φ14mm的外六方內圓薄壁銅管；

步驟2，將nb棒裝入清潔後的步驟1得到的六方銅管中，數量為200個，再按六方排布堆垛裝入無氧銅包套中，包套直徑為φ270mm，中心區域擺放與六方銅管規格相同的無氧銅棒，無氧銅棒數量為200個，兩端加上銅蓋用電子束封焊，得到cunb複合包套；

步驟3，將步驟2得到的cunb複合包套加熱至550℃，保溫4小時後擠壓得到cunb複合棒。