本发明属于超导合金制备，具体涉及一种高强度高载流超导合金的制备方法。
背景技术：
1、超导材料无电阻的特性，使其广泛应用于输电电缆、磁约束核聚变装置、大型强子加速器以及超高场nmr等超强磁场领域。
2、超导磁体中线材受到很强的应力，应力的大小与磁体的磁场强度和磁体的口径直接相关。对磁约束核聚变来说，具有超高的磁场强度和很大的口径。目前正在建设的核聚变试验反应堆(iter)的最高场强度14.3t，口径达到8米。中国已设计完成的中国聚变工程实验堆(cfetr)的磁场强度更是高达16t，磁体的口径达到10米以上。未来聚变商业堆的磁场强度、磁体口径还会进一步提高。
3、在如此高的磁场强度和如此高的磁体口径下，制备磁体的超导线材受到极大的应力。为防止超导线材的损坏，将超导线材制备成铠装导体(cicc导体)再制成磁体，即，将超导线材绞制成电缆，再装入厚壁高强度的316不锈钢管，紧压后高强度不锈钢为超导线材提供力学支撑，制成高强度cicc导体，再将cicc导体绕制成最终的聚变磁体。
4、但在cicc导体中不超导的不锈钢管占到整个导体面积的接近40％，从而造成cicc导体的载流性能大幅下降。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强度高载流超导合金的制备方法。该方法通过对各合金组成进行设计，结合压片及电弧熔炼工艺，并在熔炼前增加加热真空除气环节，避免残留空气对金属原料的氧化，从而使得超导合金具有高强度和高载流性能以及优异的载流和分流性能，大幅提高了磁体线圈的稳定性，解决了铠装导体中不超导材料占比过大、载流性能大幅下降的难题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、金属原料混合、压片：将高纯度的锆、铪、铌、钛和钽金属颗粒混合后压片，得到合金片；
4、步骤二、真空除气：将步骤一得到的合金片放入真空炉中，抽真空后升温并保温进行真空除气，降温后取出；
5、步骤三、熔炼：将步骤二中降温后取出的合金片放入电弧熔炼炉中进行电弧熔炼，得到熔炼块；
6、步骤四、重复熔炼：将步骤三中得到熔炼块在继续保持真空条件下翻面，然后重复进行电弧熔炼，得到超导合金；所述超导合金的强度大于1gpa，临界电流密度大于1×104a/cm2。
7、上述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述高纯度的锆、铪、铌、钛和钽金属颗粒的质量比为1:0.5～1:1:1:1。通常高纯度是指质量纯度为99.9％以上。
8、上述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤二中抽真空至10-4pa以下，然后升温至400℃～500℃后保温1h～2h，且升温、保温和降温过程全程均保持10-4pa以下的真空度。本发明通过控制真空除气的真空度、升温温度和保温时间，以充分除掉合金片中金属原料表面吸附的气体。
9、上述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤三中所述电弧熔炼的真空度为1×10-3pa以下，电流密度为1.4a/mm2～1.6a/mm2。
10、上述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述重复进行电弧熔炼的真空度为1×10-3pa以下，电流密度为0.4a/mm2～1.0a/mm2。
11、本发明初次的电弧熔炼时，针对压片后致密度不高的合金片采用较大的电流，以充分熔化合金片进行熔炼，然后在重复电弧熔炼时，针对初次电弧熔炼后得到的致密熔炼块，采用较小的电流即可实现熔化并进行充分熔炼。
12、上述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述重复进行电弧熔炼的次数为6～7次。本发明通过控制重复电弧熔炼的次数，使得熔炼块达到完全均匀的熔炼效果。
13、本发明与现有技术相比具有以下优点：
14、1、本发明依次将原料混合、压片、真空除气、电弧熔炼和反复电弧熔炼制备得到高强度高载流超导合金，通过对各合金组成进行设计，结合压片及电弧熔炼工艺，从而保证了超导合金的高强度和高载流性能。
15、2、本发明制备的超导合金的屈服强度可达聚变反应堆超导导体铠甲用316l不锈钢的2倍以上，即采用316l不锈钢铠甲1/2壁厚的管壁，可实现常规铠甲的支撑强度，而该1/2壁厚的减少，使得超导导体的横截面积减少了1/4，超导导体的载流性能提升了1.25倍，其制备的磁体的磁场强度提升1.4倍，磁体的体积减少接近40％，从而在磁体口径不变的前提下，磁场强度大幅提升、体积大幅减少，大幅提升了聚变堆等大型磁体的综合性能、降低运行成本，加快聚变堆的商业化进程。
16、3、本发明制备的超导合金具有优异的载流性能，其载流性能为cu的～30倍，是常规聚变导体铠甲的316l载流性能的1000倍，因此该超导合金具有极其优异的分流性能，从而大幅提高了磁体线圈的稳定性，有利于聚变、nmr等长期稳定运行的商用的大型磁体的正常稳定运行。
17、4、本发明将各金属原料混合压片后进行加热真空除气，避免了金属原料中间隙空气对合金的氧化，降低了氧含量，从而避免了氧含量过大造成超导合金力学性能和载流性能的降低。
18、5、本发明的制备工艺简单，过程合理，获得的高强度高载流超导合金对提升聚变发电、大型nmr等大型线圈的性能、降低成本等具有重要作用。
19、下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
1.一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述高纯度的锆、铪、铌、钛和钽金属颗粒的质量比为1:0.5～1:1:1:1。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤二中抽真空至10-4pa以下，然后升温至400℃～500℃后保温1h～2h，且升温、保温和降温过程全程均保持10-4pa以下的真空度。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤三中所述电弧熔炼的真空度为1×10-3pa以下，电流密度为1.4a/mm2～1.6a/mm2。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述重复进行电弧熔炼的真空度为1×10-3pa以下，电流密度为0.4a/mm2～1.0a/mm2。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高载流超导合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述重复进行电弧熔炼的次数为6～7次。