一种连续热处理MgB₂超导线带材的热处理设备及方法

专利名称：一种连续热处理MgB₂超导线带材的热处理设备及方法
技术领域：
本发明属于热处理技术领域，尤其是涉及一种连续热处理MgB2超导线 带材的热处理设备及方法。
背景技术：
2001年发现的临界温度为39K的MgB2超导材料，具有相干长度较大、 晶粒间不存在弱连接现象、成本低廉、可以在液氢温区实现应用而无需昂 贵的液氦等优点，其在10~20K、 1~3T的磁场范围内应用具有很明显的
技术优势，因而有希望在这一工作区域替代传统的低温超导材料和氧化物 高温超导材料。
MgB,成材制备技术研究的主要方向是具有实用化价值的长线加工技术 和多芯线带材加工技术。近年来，美国、日本、欧洲相继开展了 MgB2超导 线材和磁体的研究，在千米级MgB2实用化线带材制备技术和MgB2实用化磁 体技术上取得了很大进展。其中MgB2长线带材的主要制备技术是釆用原位 法粉末套管技术Un-situ PIT),即先将Mg、 B及掺杂粉末按照化学计 量比混合、装入金属管(如铁、铌、钽、镍等)中并经拉拔或轧制加工成 线带材，最后进行成相热处理。由于Mg-B体系的化学成相反应速度较快， 在适当的热处理温度条件下甚至可以在短短的几分钟时间内就发生反应 并生成MgB2超导相。传统静态热处理将线材置于恒温区中，如果线材长度
很大，必须将线带材卷成盘状进行热处理。为了保证具有足够大的恒温区， 就需要在大型的热处理炉中进行；同时该热处理过程的升温、降温时间长， 容易导致线带材氧化以及MgB2超导芯丝与包套材料扩散反应，而且线带材
相互之间在热处理时也可能会出现相互粘接的现象。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种结构简单紧凑、设计合理、成本低且使用操作简便、使用效果好的连续
热处理MgB2超导线带材的热处理设备。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是 一种连续热处理MgB2 超导线带材的热处理设备，其特征在于包括中部装有水平炉管的热处理 炉、与热处理炉的加热器相接且对炉管内部温度进行恒温控制的控温系 统、相配合使用且将待处理MgB2超导线带材绷紧后从炉管内部连续拉过的
放带轮和收带轮、驱动收带轮转动的电机以及分别密封安装在炉管进口和 出口上的炉管端口法兰一和炉管端口法兰二；所述放带轮和收带轮分别位 于炉管的入口和出口外侧且二者位置相对；所述炉管端口法兰一和炉管端 口法兰二上分别安装有与炉管内部相通的进气口和排气口，且炉管端口法 兰一和炉管端口法兰二上分别开有供待处理MgB2超导线带材穿过的进料 口和口料口 。
所述电机为涡轮减速变速电机。 所述控温系统为SHIMADEN FP93控温仪。
所述炉管为石英管。
所述热处理炉的炉体长度为1.5m且其内部恒温区的有效长度为 1.2m,炉管为口径为①80隱的石英管。
本发明还提供了一种简单易行、可重复性好、升温与降温速度可控且 具有良好工程实用价值的利用连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备 进行热处理的方法，其特征在于该方法包括以下步骤
步骤一、将待处理MgB2超导线带材连续缠绕在放带轮上后，再将待处 理MgB2超导线带材的外端头从所述进料口穿入且经炉管内部后，从炉管的 出口拉出并缠绕在收带轮上；
步骤二、打开热处理炉和控温系统且同时对控温系统的恒温控制温度 值进行设定，所述恒温控制温度值为600 90(TC;步骤三、从进气口通入惰性保护气体且所述惰性保护气体的流速为
100 ±10mL/min;
步骤四、将热处理炉的炉温升至600 90(TC且恒温5 15min后对待 处理MgB2超导线带材进行连续热处理；
步骤五、对待处理MgB2超导线带材进行连续热处理，其热处理过程如
下
501、 启动电机且对电机的转速进行调整，使得电机驱动收带轮带动 待处理MgB2超导线带材在炉管内部的运行速度V为8~30cm/min;
502、 电机启动同时，带动收带轮转动且将待处理MgB2超导线带材绷 紧后相应带动放带轮转动；之后，在收带轮和放带轮的配合作用下，带动 待处理MgB2超导线带材以运行速度V从炉管内部句速连续通过，以对待处 理V进行动态连续热处理，直至热处理过程结束；
503、 关闭电机且将热处理炉的炉温降至室温后，关闭所述惰性保护 气体；
热处理过程中，通过控温系统将热处理炉内部恒温区的温差控制在±
5x:以内。
上述步骤三中所述的惰性保护气体为氩气。 本发明与现有技术相比具有以下优点
1、 所釆用的热处理设备结构简单、制作方便且使用操作简便、成本低。
2、 所用热处理设备设计合理且热处理效果好、可操作性强，具体由 收放线装置、热处理炉和控制系统等几部分组成，通过调节热处理温度、 热处理时间及热处理气氛等参数来控制超导长线带材中MgB2超导芯丝的 成相过程，能够快速实现线带材的升降温过程，尽可能的避免了传统静态 热处理过程中长时间烧结而导致杂相的出现，同时避免了线带材相互之间 的粘接现象，可以实现对千米量级MgB2超导长线带材的热处理。
3、 连续热处理操作步骤简单，升温、降温速度可控，并且能降低热
6处理成本线材热处理时，首先将炉管加热到一定温度进行恒温，通入惰 性流通气体进行气氛保护，之后调节收线装置速度，使线材匀速的通过热
处理炉管。其中热处理温度由SHIMADEN FP93温控仪设定完成；线材热处 理时间由调节收线速度完成，即如果需要进行快速热处理，调节收线装置 使得收线速度提高即可，反之亦然。
综上所述，釆用本发明所述热处理设备进行连续热处理MgB2超导线带
材时，收放线速度可以根据需要进行调节，并且热处理过程中可以方便控 制热处理温度、热处理时间以及热处理气氛，使得MgB2超导线带材中的成 相反应过程快速、均匀，尽可能的避免了传统静态热处理过程中长时间烧 结而导致的杂相出现，避免了线材相互之间的粘接现象，实现了千米量级 MgB2超导长线带材的连续热处理。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。


图1为本发明连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备的结构示意图。
图2为本发明连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备控温系统的结 构示意图。
图3为本发明连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备控温系统涡轮 减速变速电机的结构示意图。
图4为本发明连续热处理MgB2超导线带材的方法流程图。 附图标记说明
l一炉管； 2 —热处理炉； 3—管端口法兰一；
4一放带轮； 5 —收带轮； 6—电机；
7—待处理MgB2超导线带材；8—炉管端口法兰二； 9-l一进气口； 9-2—排气口； IO—控温系统； 12 — ；
具体实施例方式
实施例1
如图l、图2及图3所示，本发明所述的连续热处理MgB2超导线带材的 热处理设备，包括中部装有水平炉管1的热处理炉2、与热处理炉2的加热 器相接且对炉管1内部温度进行恒温控制的控温系统10、相配合使用且将待 处理MgB2超导线带材7绷紧后从炉管1内部连续拉过的放带轮4和收带轮5、 驱动收带轮5转动的电机6以及分别密封安装在炉管l进口和出口上的炉管 端口法兰一 3和炉管端口法兰二 8。所述放带轮4和收带轮5分别位于炉管1 的入口和出口外侧且二者位置相对；所述炉管端口法兰一 3和炉管端口法兰 二 8上分别安装有与炉管1内部相通的进气口 9-1和排气口 9-2,且炉管端 口法兰一 3和炉管端口法兰二 8上分别开有供待处理MgB2超导线带材7穿过 的进料口和口料口。实际热处理过程中，所处理的MgB2超导线材的直径为1 ±0. 2mm， MgB2超导带材的宽度为3. 0 ± 0. 5mm且其厚度为0. 5mm土0.2mm。
本实施例中，所述电机6为涡轮减速变速电机，所述控温系统10为 SH頂ADEN FP93控温仪，所述炉管1为石英管。所述热处理炉2的炉体长度 为1.5m且其内部恒温区的有效长度为1.2m,炉管1为口径为①80mm的石英管。
结合图4,本发明所述的利用连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备 进行热处理的方法，包括以下步骤
步骤一、将待处理MgB2超导线带材7连续缠绕在放带轮4上后，再将待 处理MgB2超导线带材7的外端头从所述进料口穿入且经炉管1内部后，从炉 管1的出口拉出并缠绕在收带轮5上。
步骤二、打开热处理炉2和控温系统10且同时对控温系统10的恒温控 制温度值进行设定，所述恒温控制温度值为600 ~ 900°C。
步骤三、从进气口 9-1通入惰性保护气体且所述惰性保护气体的流速为 100±10mL/min。本实施例中，所述惰性保护气体为氩气。
步骤四、将热处理炉2的炉温升至600 90(TC且恒温5~ 15min后对待处理MgB2超导线带材7进行连续热处理。
步骤五、对待处理MgB2超导线带材7进行连续热处理，其热处理过程如
下
501、 启动电机6且对电机6的转速进行调整，使得电机6驱动收带轮5 带动待处理MgB2超导线带材7在炉管1内部的运行速度V为8~30cm/min。
502、 电机6启动同时，带动收带轮5转动且将待处理MgB2超导线带材7 绷紧后相应带动放带轮4转动；之后，在收带轮5和放带轮4的配合作用下， 带动待处理MgB2超导线带材7以运行速度V从炉管1内部匀速连续通过，以 对待处理V进行动态连续热处理，直至热处理过程结東。
503、 关闭电机6且将热处理炉2的炉温降至室温后，关闭所述惰性保护 气体。
热处理过程中，通过控温系统10将热处理炉2内部恒温区的温差控制在 土5。C以内。
本实施例中，首先将待处理MgB2超导线带材7缠绕在放带轮4上，并将 待处理MgB2超导线带材7的线材端部穿过炉管l后固定在收带轮5上；之后 带开热处理炉2及SHIMADEN FP93控温仪，且将SHIMADEN FP93控温仪设定 为70(TC并对炉管1进行加热。加热过程中通入惰性流通气体氩气，尽量排 除炉管1内的空气，以避免热处理过程中待处理MgB2超导线带材7的线材表 面发生氧化。等到炉管加热到70(TC并恒温10min后，通过涡轮减速变速电 机调节收带轮5的转速，使待处理MgB2超导线带材7以10cm/min的速度勻速 通过炉管1,热处理过程中氩气的流量保持在100mL/min。连续热处理后的 MgB2超导线带材经XRD成相分析发现杂质含量很低，可以生成较纯的MgB2超 导相。
实施例2
本实施例中，与实施例l不同的是在对待处理MgB2超导线带材7进行 连续热处理时，首先将待处理MgB2超导线带材7缠绕在放带轮4上，并将待 处理MgB2超导线带材7的线材端部穿过炉管l后固定在收带轮5上；之后带
9FP93控温仪，且将SHIMADEN FP93控温仪设定为 80(TC并对炉管l进行加热。加热过程中通入惰性流通气体氩气，尽量排除炉 管1内的空气，以避免热处理过程中待处理MgB2超导线带材7的线材表面发 生氧化。等到炉管加热到80(TC并恒温8min后，通过涡轮减速变速电机调节 收带轮5的转速，使待处理MgB2超导线带材7以20cm/min的速度勻速通过炉 管1,热处理过程中氩气的流量保持在110mL/min。连续热处理后的MgB,超导 线带材经XRD成相分析发现杂质含量很低，可以生成较纯的MgB2超导相。本 实施例中，所用连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备以及其余热处理步 骤均与实施例l相同。 实施例3
本实施例中，与实施例l不同的是在对待处理MgB2超导线带材7进行 连续热处理时，首先将待处理MgB2超导线带材7缠绕在放带轮4上，并将待 处理MgB2超导线带材7的线材端部穿过炉管l后固定在收带轮5上；之后带 开热处理炉2及SHIMADEN FP93控温仪，且将SHIMADEN FP93控温仪设定为 90(TC并对炉管l进行加热。加热过程中通入惰性流通气体氩气，尽量排除炉 管1内的空气，以避免热处理过程中待处理MgB2超导线带材7的线材表面发 生氧化。等到炉管加热到90(TC并恒温5min后，通过涡轮减速变速电机调节 收带轮5的转速，使待处理MgB2超导线带材7以30cm/min的速度匀速通过炉 管1,热处理过程中氩气的流量保持在110mL/min。连续热处理后的MgB,超导 线带材经XRD成相分析发现杂质含量很低，可以生成较纯的MgB2超导相。本 实施例中，所用连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备以及其余热处理步 骤均与实施例l相同。
实施例4
本实施例中，与实施例l不同的是在对待处理MgB2超导线带材7进行 连续热处理时，首先将待处理MgB2超导线带材7缠绕在放带轮4上，并将待 处理MgB2超导线带材7的线材端部穿过炉管l后固定在收带轮5上；之后带 开热处理炉2及SHIMADEN FP93控温仪，且将SHIMADEN FP93控温仪设定为
10600'C并对炉管l进行加热。加热过程中通入惰性流通气体氩气，尽量排除炉
管1内的空气，以避免热处理过程中待处理MgB2超导线带材7的线材表面发 生氧化。等到炉管加热到60(TC并恒温15min后，通过涡轮减速变速电机调 节收带轮5的转速，使待处理MgB2超导线带材7以8cm/min的速度匀速通过 炉管1,热处理过程中氩气的流量保持在90mL/min。连续热处理后的MgB2超 导线带材经XRD成相分析发现杂质含量很低，可以生成较纯的MgB2超导相。 本实施例中，所用连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备以及其余热处理 步骤均与实施例l相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是 根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构 变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备，其特征在于包括中部装有水平炉管(1)的热处理炉(2)、与热处理炉(2)的加热器相接且对炉管(1)内部温度进行恒温控制的控温系统(10)、相配合使用且将待处理MgB2超导线带材(7)绷紧后从炉管(1)内部连续拉过的放带轮(4)和收带轮(5)、驱动收带轮(5)转动的电机(6)以及分别密封安装在炉管(1)进口和出口上的炉管端口法兰一(3)和炉管端口法兰二(8)；所述放带轮(4)和收带轮(5)分别位于炉管(1)的入口和出口外侧且二者位置相对；所述炉管端口法兰一(3)和炉管端口法兰二(8)上分别安装有与炉管(1)内部相通的进气口(9-1)和排气口(9-2)，且炉管端口法兰一(3)和炉管端口法兰二(8)上分别开有供待处理MgB2超导线带材(7)穿过的进料口和口料口。
2. 按照权利要求l所述的一种连续热处理MgB2超导线带材的热处理设 备，其特征在于所述电机(6)为涡轮减速变速电机。
3. 按照权利要求l或2所述的一种连续热处理MgB2超导线带材的热处 理设备，其特征在于所述控温系统(10)为SHIMADEN FP93控温仪。
4. 按照权利要求l或2所述的一种连续热处理MgB2超导线带材的热处 理设备，其特征在于所述炉管(1)为石英管。
5. 按照权利要求4所述的一种连续热处理MgB2超导线带材的热处理 设备，其特征在于所述热处理炉(2)的炉体长度为1.5m且其内部恒温 区的有效长度为1.2m，炉管(1)为口径为①80mm的石英管。
6. —种利用权利要求l所述连续热处理MgB2超导线带材的热处理设备进行热处理的方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、将待处理MgB2超导线带材(7 )连续缠绕在放带轮(4 )上后， 再将待处理MgB2超导线带材(7 )的外端头从所述进料口穿入且经炉管(1 ) 内部后，从炉管(1)的出口拉出并缠绕在收带轮(5)上；步骤二、打开热处理炉(2 )和控温系统(10)且同时对控温系统(10 )的恒温控制温度值进行设定，所述恒温控制温度值为600 ~ 900°C;步骤三、从进气口 (9-1)通入惰性保护气体且所述惰性保护气体的 流速为100 ± 10mL/min;步骤四、将热处理炉(2)的炉温升至600 90'(TC且恒温5~15min 后对待处理MgB2超导线带材(7)进行连续热处理；步骤五、对待处理MgB2超导线带材(7)进行连续热处理，其热处理 过程如下501、 启动电机(6)且对电机(6)的转速进行调整，使得电机(6) 驱动收带轮(5)带动待处理MgB2超导线带材(7)在炉管(1)内部的运 行速度V为8 ~ 30cm/min;502、 电机(6)启动同时，带动收带轮(5)转动且将待处理MgB2超 导线带材(7)绷紧后相应带动放带轮(4)转动；之后，在收带轮(5) 和放带轮(4)的配合作用下，带动待处理MgB2超导线带材(7)以运行速 度V从炉管(1)内部匀速连续通过，以对待处理V进行动态连续热处理，直至热处理过程结東；503、 关闭电机(6)且将热处理炉(2)的炉温降至室温后，关闭所 述惰性保护气体；热处理过程中，通过控温系统(10)将热处理炉(2)内部恒温区的 温差控制在±5匸以内。
7.按照权利要求6所述一种连续热处理MgB2超导线带材的热处理方 法，其特征在于步骤三中所述的惰性保护气体为氩气。
全文摘要
本发明公开了一种连续热处理MgB₂超导线带材的热处理设备及方法，其设备包括中部装有炉管的热处理炉、控温系统、将待处理MgB₂超导线带材绷紧后从炉管内部连续拉过的放带轮和收带轮、驱动收带轮转动的电机以及装在炉管进出口上的炉管端口法兰；炉管端口法兰上设有与炉管内部相通的进排气口和进出料口；其热处理方法包括步骤将待处理带材连续缠绕在放带轮上、打开热处理炉和控温系统且同时设定控温系统的恒温控制温度值、通入惰性保护气体、将热处理炉的炉温升至热处理温度、对待处理带材进行连续热处理。本发明所用热处理设备结构紧凑、设计合理且使用操作简便，所用热处理方法简单易行、可重复性好、升温与降温速度可控且处理效果好。
文档编号H01B13/00GK101667476SQ200910023969
公开日2010年3月10日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者勇 冯, 刘国庆, 张平祥, 焦高峰, 王庆阳, 果 闫 申请人:西北有色金属研究院