一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法与流程

本发明涉及超导材料加工，具体为一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法。

背景技术：

1、nb3sn超导线材以其优异的性能和较低的成本，在制作10t～20t的磁体方面有着独特的优势，被广泛应用在核聚变、加速器和医疗成相等领域。随着科技的发展，人们对nb3sn线材的性能提出了更高的要求。近二十年来，传统的nb3sn线材性能遇到瓶颈，亟待采取新的方法进一步提升nb3sn的临界电流密度。

2、实用化的nb3sn线材是典型的非理想第二类超导体，在其中引入人工钉扎中心能够提高钉扎力密度，起到提升临界电流密度的作用。人工钉扎中心要起到有效钉扎作用，必须满足两个条件。第一，nb3sn在低温的相干长度为纳米级，人工钉扎中心的尺寸必须与其相匹。第二，人工钉扎中心必须以第二相粒子的形式存在于nb3sn中。以上两点使得人工钉扎中心的引入变得十分困难。内氧化法是目前较为可靠的一种工艺路线，它使用和nb互溶的掺杂元素，与nb形成合金，同时以氧化物粉末的方式在复合线中引入氧元素。在热处理过程中，氧元素扩散进入nb合金基体，与掺杂元素形成纳米级的第二相氧化物颗粒作为人工钉扎中心。该方法不仅工艺流程复杂，而且在加工过程中需要引入粉末，批量化制备较为困难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，以解决上述背景技术中提出在nb3sn线材中引入人工钉扎中心工艺复杂的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，。包括以下步骤：

4、步骤1、将长条形的nb或者nb合金箔酸洗，采用电镀的方法在nb或者nb合金箔表面形成一层均匀的cu后，将其卷绕在铜棒上，一起装入铜包套；

5、步骤2、将获得的铜包套进行除气，在其两端组装上下盖，并进行电子束封焊，获得cunb包套；

6、步骤3、将获得的cunb包套加热保温后进行挤压，获得cunb复合棒；

7、步骤4、沿获得的cunb复合棒长度方向进行钻孔，并对其清洗，清洗后插入sn合金棒，获得铌三锡亚组元坯料；

8、步骤5、将获得的铌三锡亚组元坯料进行多道次冷拉拔，获得人工钉扎中心铌三锡亚组元。

9、进一步优选地，所述步骤1中nb合金箔的nb合金为nb-ta，ta的添加量为0.5at.％～5at.％。

10、进一步优选地，所述步骤1中nb或者nb合金箔的厚度为0.1mm～0.3mm。

11、进一步优选地，所述步骤1中在nb或者nb合金箔表面形成一层均匀的cu时，cu的厚度为3um～11um。

12、进一步优选地，所述步骤2中获得的cunb包套尺寸为φ92mm～225mm。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明使用电镀了cu层的nb或者nb合金箔作为初始原材料。在后续亚组元和nb3sn复合线的加工过程中，cu层的尺寸不断减小，最终达到纳米级别。经过最终热处理，sn扩散进入nb或者nb合金中生成nb3sn相，而cu层的位置转化成不超导的青铜相，有效作为nb3sn的钉扎中心，显著提升线材的临界电流密度。同时，本发明的工艺路线简单，解决了内氧化法人工钉扎中心铌三锡亚组元加工困难、不适宜批量化生产的问题。

技术特征：

1.一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤1中nb合金箔的nb合金为nb-ta，ta的添加量为0.5at.％～5at.％。

3.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤1中nb或者nb合金箔的厚度为0.1mm～0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤1中在nb或者nb合金箔表面形成一层均匀的cu时，cu的厚度为3um～11um。

5.根据权利要求1所述的一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法，其特征在于：所述步骤2中获得的cunb包套尺寸为φ92mm～225mm。

技术总结
本发明属于超导材料加工技术领域，公开了一种人工钉扎中心铌三锡亚组元的制备方法。该方法使用电镀了Cu层的Nb或者Nb合金箔作为初始原材料。在后续亚组元和Nb<subgt;3</subgt;Sn复合线的加工过程中，Cu层的尺寸不断减小，最终达到纳米级别。经过最终热处理，Sn扩散进入Nb或者Nb合金中生成Nb<subgt;3</subgt;Sn相，而Cu层的位置转化成不超导的青铜相，有效作为Nb<subgt;3</subgt;Sn的钉扎中心，显著提升线材的临界电流密度。同时，本发明的工艺路线简单，解决了内氧化法人工钉扎中心铌三锡亚组元加工困难、不适宜批量化生产的问题。

技术研发人员：郭强,王春光,武博,史一功,李征,陈建亚,辛扬,李鹏举,韩光宇,鞠帅威,刘向宏,冯勇
受保护的技术使用者：西安聚能超导线材科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15