专利名称：一种MgB<sub>2</sub>/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合超导线材的制备方法，特别是涉及一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法。
背景技术：
2001年MgB2超导电性的发现，轰动了整个凝聚态物理界，它创造了金属间化合物超导材料的新纪录，超导转变温度高达39K,填补了中温超导体的空白，是一种在GM制冷机工作范围内(10-30K)具有极大应用潜力的新型超导材料。与氧化物高温超导材料相比，MgB2的晶体结构更简单，相干长度更大，无晶界弱连接，可以承载很高的电流密度，因此MgB2线带材的制备受到国际上的广泛重视。
目前MgB2线材制备主要有两种方法:一 、直接用商品MgB2粉末装管，然后经过拉拔成线材(简称先位法)；二、用Mg粉和B粉按MgB2的原子数比装管、拉拔，再进行热处理，从而生成MgB2相(简称原位法)。先位法工艺简单，但是在拉拔加工过程中MgB2芯丝易产生微裂紋，且很难通过热处理弥合，从而很难制备具有应用价值的高临界电流密度MgB2超导线材。原位法制备的MgB2超导线材中MgB2晶粒连接好，可以承载较高的电流密度，但是由于在加工过程中要避免MgB2相的生成而不能进行中间退火，且Mg粉和B粉流动性差异很大，因此加工过程中线材极易断裂，因此很难加工成具有工程应用价值的长线材。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种通过控制前驱粉末的相组成，优化相应的拉拔工艺，可制备任意长度且具有高临界电流密度的MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，釆用该方法制备的线材包括具有超导性能的MgB2和包围MgB2的金属层。
为解决上述技术问题，本发明釆用的技术方案是 一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于该方法过程为首先按照Mg:B4:4的原子数比将干燥的镁和硼混合研磨，研制成片后置于真空退火炉中，于室温下抽真空后充入氩气，以20 40。C/分钟的升温速率加热，于卯0。C恒温lh,制备出MgB4粉末；再按照Mg:B二l:2的原子数比往所述MgB4粉末中添加Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉，再将所述装管前驱粉装入纯Nb金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行旋段拉拔，加工成单芯线材；按照7 37芯的导体结构对单芯线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工后，得到多芯复合包套线材；将加工好的多芯复合包套线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为15~20:1，然后以30-卯。C/min的升温速率将多芯复合包套线材加热，在650-950。C的温度区间保温0.5-5h,最后以不低于20。C/min冷却速率将多芯复合包套线材冷却至室温，即得到MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材。
所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19 : 1。
所述单芯线材的截面为正六边形或圆形。
本发明与现有技术相比具有以下优点
1. 釆用(MgB4+Mg)的粉末配置结合了原位法和先位法两种方法的优点，不仅元素分布均匀，粒度搭配适当，而且适量镁的存在有利于在热处理过程中弥合加工形成的微裂紋。
2. 釆用加工性能优良、强度较高的纯Nb金属管外层覆铜管的复合体作为MgB2的包套材料，不但有利于在加工过程中进行大变形量的加工，而且改善了加工过程中金属流动性，避免出现断裂现象，同时能够有效强化MgB2晶粒的连接性。
3. 复合包套超导材料经过旋锻和拉拔的综合加工过程，形成的超导体更致密，提高了临界电流密度。
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。
具体实施例方式
实施例l
首先按照Mg:B4:4的原子数比将干燥的镁(99% )、硼(99% )混合 研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5xl(^Pa后，充 入氩气，以25。C/分钟的升温速率，于900。C恒温lh，制备出MgB4粉末，破 碎研磨后再按照Mg:B-l:2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装 管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体 进行拉拔，加工成具有正六边形、尺寸为03.3mm的单芯线材；按照7芯的 导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻
和拉拔加工工艺最终加工到O1.0mm;将加工好的线材置于真空退火炉中， 于室温下抽真空，待达到5xl0—卞a后充入氩气与氢气的混合气，所述混合 气中的氩气与氢气的体积百分比为15 : 1,然后以3(TC/min的升温速率将线 材加热，在70(TC的温度区间保温2h，最后以20。C/min冷却速率将线材冷却 至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。 实施例2
首先按照Mg:B二l:4的原子数比将干燥的镁(99% )、硼(99% )混合 研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5xl(^Pa后，充 入氩气，以3(TC/分钟的升温速率，于90(TC恒温2h,制备出MgB4粉末，破 碎研磨后再按照Mg:B4:2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装 管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体 进行拉拔，加工成具有正六边形尺寸为03.3mm的单芯线材；按照13芯的 导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻 和拉拔加工工艺最终加工到O1.0mm;将加工好的线材置于真空退火炉中， 于室温下抽真空，待达到5xl(^Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19 : 1,然后以4(TC/min的升温速率将线 材加热，在750。C的温度区间保温2h，最后以50。C/min冷却速率将线材冷却 至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。 实施例3
首先按照Mg:B4:4的原子数比将干燥的镁(99% )、硼(99% )混合 研磨，研制成片，将其置于真空退火炉中，待真空度达到5xl(^Pa后，充 入氩气，以25。C/分钟的升温速率，于卯0。C恒温lh,制备出MgB4粉末，破 碎研磨后再按照Mg:B-l:2的原子数比添加适量Mg粉，充分混合后制得装 管前驱粉。将装管前驱粉装入金属管中，得到装管复合体；对装管复合体 进行拉拔，加工成具有正六边形尺寸为03.3mm的单芯线材；按照19芯的 导体结构对正六边形线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻 和拉拔加工工艺最终加工到01.5mm;将加工好的线材置于真空退火炉中， 于室温下抽真空，待达到5xl(^Pa后充入氩气与氢气的混合气，所述混合 气中的氩气与氢气的体积百分比为20 : 1,然后以45。C/min的升温速率将线 材加热，在800。C的温度区间保温2h,最后以30。C/min冷却速率将线材冷却 至室温，即可得到高临界电流密度的实用化MgB2超导多芯复合线材。
权利要求
1.一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于该方法过程为首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比将干燥的镁和硼混合研磨，研制成片后置于真空退火炉中，于室温下抽真空后充入氩气，以20～40℃/分钟的升温速率加热，于900℃恒温1h，制备出MgB4粉末；再按照Mg∶B＝1∶2的原子数比往所述MgB4粉末中添加Mg粉，充分混合后制得装管前驱粉，再将所述装管前驱粉装入纯Nb金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行旋段拉拔，加工成单芯线材；按照7～37芯的导体结构对单芯线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔加工后，得到多芯复合包套线材；将加工好的多芯复合包套线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为15～20∶1，然后以30-90℃/min的升温速率将多芯复合包套线材加热，在650-950℃的温度区间保温0.5-5h，最后以不低于20℃/min冷却速率将多芯复合包套线材冷却至室温，即得到MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材。
2. 根据权利要求l所述的一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备 方法，其特征在于所述混合气中的氩气与氢气的体积百分比为19: 1。
3. 根据权利要求1所述的一种MgB2/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，其特征在于所述单芯线材的截面为正六边形或圆形。
全文摘要
本发明公开了一种MgB<sub>2</sub>/Nb/Cu多芯复合超导线材的制备方法，首先按照Mg∶B＝1∶4的原子数比制备出MgB<sub>4</sub>粉末，然后按照Mg∶B＝1∶2的原子数比添加Mg粉，制得装管前驱粉，再将配置的粉末装入纯Nb金属管中，得到装管复合体；对装管复合体进行旋段拉拔，加工成单芯线材；按照7-37芯的导体结构对单芯线材进行二次组装，二次包套为无氧铜管，经过旋锻和拉拔；将加工好的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后对线材加热，保温，最后将线材冷却至室温。本发明通过控制前驱粉末的相组成，优化相应的拉拔工艺，可制备任意长度、致密性好且具有高临界电流密度的多芯复合超导线材。
文档编号H01B12/10GK101515493SQ20091002184
公开日2009年8月26日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者勇 冯, 刘国庆, 李成山, 焦高峰, 熊晓梅, 王庆阳, 果 闫 申请人:西北有色金属研究院