加强型铋系高温超导带材及制备方法

专利名称：加强型铋系高温超导带材及制备方法
技术领域：
本发明涉及超导材料的制备方法，特别涉及的是一种以银基铋系高温超导带材作为上、下表层，镍、铜、金或者钼金属带材为中间层的加强型铋系高温超导带材及其制备方法。
背景技术：
自从1986年高温超导问世以来，高温超导尤其是铋系超导发展至今已经取得了 很大的进展。目前铋系超导带材在制作中一般采取金属套管法(PIT)。该方法在实际操作 中一般采用银或者银合金作为超导导线的基体，将超导粉放在银套管里拉拔、轧制并热处 理从而得到可以使用的超导带材。一般来说，选择银或者银合金主要是因为它对超导材料 有足够的化学反应惰性并且有较好的选择性透氧能力，而且它还具有良好的延展性和导热 性。因此，一般的铋系高温超导导线是由银或者银合金包覆超导芯组成。但是银或者银合 金在成本上都比较高。尽管银或者银合金具有不可替代的优越性，但是在实际应用中也存在一些弊端。 其中最明显的体现在银或者银合金的机械性能相对较差，在应用中即使是很小的变形都会 对超导带材的性能造成很大的影响。形变对于超导带材的影响在于随着应变的增大，超导 带材的临界电流一开始缓慢减小，当超导带材的应变大于一定值的时候，临界电流出线大 幅度的降低，当应变到一定程度时，其临界电流经过热处理也不可能恢复到原始状态。对 于一种超导材料来说，能否在工业上大规模应用主要取决于是否可以承载较高的电流密 度；是否具有很高的拉伸强度；是否可以弯曲到较小的半径而同时保持较大的电流。而 Bi2223/Ag超导带材因其机械强度较弱，在一定程度上影响了超导带材的工业应用。特别是 在设计超导磁体的时候，一个必要的条件便是要承受足够的机械强度。由于超导磁体在正 常运行的时候电流密度要远大于普通导体的电流密度，因此它将承受比常规磁体大得多的 电磁力的作用。同时在电缆等的应用中也要求超导带材有较好的机械性能。所以研究采用 机械性能高的超导带材或者研究加强高温超导带材具有非同一般意义。早在几年前,美国超导公司(American Superconductor Corporat ion)就提出了 一种加强高温超导带材的方法(专利号US5987342)。该方法是在商用铋系超导带材两侧 表面焊上不锈钢的方法，利用不锈钢的机械性能提高超导带材的机械性能，从而制成高强 度带材。对于不锈钢的固定，一般采取焊锡，这种方法可以很明显的提高超导带材的机械性 能。但是这种方法也有一定的缺陷，因为锡的熔点只有231. 86°C，这就注定了对于加工好的 加强带材是不可能再次进行热处理的。

发明内容
本发明的目的是提供一种加强型铋系高温超导带材及制备方法，本发明方法制作 方法简单、成本低，在不降低超导临界电流的前提下显著提高了超导带材的机械性能。本发明所述加强型铋系高温超导带材的上、下表层为银基铋系带材，中间层为镍或铜或钼或金的金属带材。所述加强型铋系高温超导带材中银基铋系带材的宽度《中间层金属带材的宽度。制备加强型铋系高温超导带材的方法，有以下步骤1)将铋锶钙铜氧系超导粉放在银套管中用金属套法进行多道次拉拔成线材；2)将步骤1)得到的线材轧制成厚度为0. 2mm 0. 8mm银基铋系单芯带材；3)取步骤2)所得的两根银基铋系带材，在两根银基铋系带材之间夹入一根金属带材，冷轧，使 银基铋系带材和金属带材的总变形量为30% 90%，将三根带材复合在一起，在温度为 700 840°C，氧分压为0. 01 0. 2Iatm的条件下保温1 150小时，即得本发明所述加强 型铋系高温超导带材。本发明的进一步技术方案是将步骤1)得到的线材分为若干段并装入银套管中 用金属套法再次拉拔，轧制成厚度为0. 2mm 0. 8mm银基铋系多芯带材，在两根银基铋系 多芯带材之间夹入一根金属带材，冷轧，使银基铋系带材和金属带材的总变形量为30% 90%，将三根带材复合在一起，在温度为700 840°C，氧分压为0. 01 0. 2Iatm的条件下 保温1 150小时，得到本发明所述加强型铋系高温超导带材。所述的金属带材为能与银基铋系带材冷轧复合在一起的镍或铜或钼或金的金属 带材。选择金属带材时需要其满足以下要求1.作为本发明所述加强型铋系高温超导中间层的金属带材，要求其强度高，以提 高加强型铋系高温超导带材的整体强度，因此要求用以制作中间层的金属的强度高于银或 者银合金(银基铋系合金)。2.制作工艺中要求先冷轧复合成带材，而后进行热处理。因为热处理温度很高，这 就要求中间层的金属具有相当高的熔点。3.由于银基铋系超导带材都是用银包覆的，所以中间层的金属能够与银或者银合 金(银基铋系合金)冷轧复合在一起。4.在生产过程中必须要考虑带材成本问题，需要采用价格相对低廉的金属作为加 强超导带材的中间层。综上所述，可以用于作为加强型铋系高温超导带材加强超导带材的中间层的金属 只有镍、铜、钼和金；由于钼和金的价格相当昂贵，可以用于实验室实验，实际生产中可以采 用镍或者铜。采用本发明所述的制备方法，在两条银基铋系带材之间复合一条高强度的镍或铜 或钼或金的金属带材，使所得加强型铋系高温超导带材，具有在不降低超导带材临界电流 的前提下显著提高了整个超导带材的机械性能。由于所采用的工艺易于实现，因此具有制 作方法简单、成本低的优点。本发明适用于铋系高温超导带材的制备。本发明所采用的铋锶钙铜氧系超导粉为Merck公司生产的Bi_2223前驱粉。


下面将结合附图对本发明的具体实例进行详细的描述，其中图1为加强超导带材的工艺流程图。
图2为加强超导带材冷轧复合图示。图3为加强超导带材的横截面示意图。图中，1表示银基铋系超导带材，2表示金属带材，3表示轧辊，4表示轧制后的带材，5表示银，6表示铋锶钙铜氧系超导材料。
具体实施例方式本发明所述加强型铋系高温超导带材的制备如下1)将铋锶钙铜氧系超导粉放在银套管中用金属套法进行多道次拉拔成线材；2)将步骤1)得到的线材轧制成厚度为0.2mm 0.8mm银基铋系带材，或者将步 骤1)得到的线材分为若干段并装入银套管中用金属套法再次拉拔，轧制成厚度为0. 2mm 0. 8mm银基铋系多芯带材；3)参见图2，取步骤2)所得的两根银基铋系带材1，在两根银基铋系带材之间夹 入一根能与银基铋系线材冷轧复合在一起的镍或铜或钼或金的金属带材2，冷轧，在轧辊3 的压力下，将三根带材复合在一起。银基铋系线材和金属带材的总变形量控制为30% 90%，在温度为700 840°C，氧分压为0. 01 0. 2Iatm的条件下保温1 150小时，即得 本发明所述加强型铋系高温超导带材4，参见图3，所述带材的上、下表层为银基铋系带材， 中间层为镍或铜或钼或金的金属带材2，其中银基铋系多芯带材的外层为金属银5，内层为 铋锶钙铜氧系超导材料6。上述银基铋系线材，可以采用多芯也可以是单芯，并且在冷轧复合银基铋系带材 和金属带材时，严格控制其总变形量为30% 90%，可以避免在冷轧复合或者最终的热处 理时候产生终产品——加强型铋系高温超导带材开裂的现象。实施例1加镍强化带材参见图1，根据金属套管法，超导粉装入银套管中并进行多道次拉拔。轧制，得宽度 为4mm、厚度为0. 5mm的单芯银基铋系导线，然后采用300目砂布轮对导线表面进行研磨5 分钟，砂布轮的直径为60mm，转速为10000转/分。选取宽度为4mm，厚度为0. 5mm的镍片， 将两根导线和金属镍片叠放在一起并进行冷轧复合(参见图2和图3)，冷轧后的总变形量 为50%，轧后整体的厚度为0. 75mm，将复合后的带材在温度为820°C，保温时间为100h，氧 分压为0. 075atm的条件下热处理，制备得到加强型铋系高温超导带材。经检测，所得的加 强型铋系高温超导带材机械性能得到提高。实施例2加铜强化带材参见图1，根据金属套管法，把超导粉装入银套管中并进行拉拔，轧制，制得宽度为4mm、厚度为0. 5mm的单芯银基铋系导线，然后采用300目砂布轮对导线表面进行研磨5分 钟，砂布轮的直径为60mm，转速为10000转/分。选取宽度为4mm，厚度为0. 5mm的铜片，将 两根导线和金属铜片叠放在一起并进行冷轧复合，冷轧后的总变形量为50%，轧后整体的 厚度为0. 75mm，将复合后的带材在温度为820°C，保温时间为100h，氧分压为0. 075atm的条 件下热处理，制备得到加强型铋系高温超导带材。经检测，所得的加强型铋系高温超导带材 机械性能得到提高。
实施例3参见图1，根据金属套管法，把超导粉装入银套管中并进行拉拔，轧制，制得宽度为 4mm、厚度为0. 5mm的单芯银基铋系导线，然后采用300目砂布轮对导线表面进行研磨5分 钟，砂布轮的直径为60mm，转速为10000转/分。选取宽度为5mm，厚度为0. 5mm的镍片，将 两根导线和金属镍片叠放在一起并进行冷轧复合(参见图2和图3)，冷轧后的总变形量为 70%，轧后整体的厚度为0. 45mm，将复合后的带材在温度为820°C，保温时间为100h，氧分 压为0.075a tm的条件下热处理，制备得到加强型铋系高温超导带材。经检测， 所得的加强 型铋系高温超导带材机械性能得到提高。银基铋系线材也可以采用多芯的导线，其多芯导线的制备方法是将上述单芯银基 铋系导线分为若干段并装入银套管中用金属套法再次拉拔，轧制成厚度为0. 2mm 0. 8mm 银基铋系多芯带材，同样在两根银基铋系多芯带材之间夹入一根金属带材，冷轧，使银基 铋系带材和金属带材的总变形量为30% 90%，将三根带材复合在一起，在温度为700 840°C，氧分压为0. 01 0. 21atm的条件下保温1 150小时，得到本发明所述加强型铋系 高温超导带材。所得加强型铋系高温超导带材的性能与上述相同。
权利要求
一种加强型铋系高温超导带材，其特征在于所述带材的上、下表层为银基铋系带材，中间层为镍或铜或铂或金的金属带材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述加强型铋系高温超导带材中银 基铋系带材的宽度<中间层金属带材的宽度。
3.权利要求1所述带材的制备方法，其特征在于有以下步骤1)将铋锶钙铜氧系超导粉放在银套管中用金属套管法进行多道次拉拔成线材；2)将步骤1)得到的线材轧制成厚度为0.2mm 0. 8mm银基铋系带材；3)取步骤2)所得的两根银基铋系带材，在两根银基铋系线材之间夹入一根金属带材， 冷轧，使银基铋系线材和金属线材的总变形量为30% 90%，将三根带材复合在一起，在 温度为700 840°C，氧分压为0. 01 0. 2Iatm的条件下保温1 150小时，即得本发明所 述加强型铋系高温超导带材。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于将步骤1)得到的线材分为若干段 并装入银套管中用金属套法再次拉拔，轧制成厚度为0. 2mm 0. 8mm银基铋系多芯带材， 在两根银基铋系多芯线材之间夹入一根金属带材，冷轧，使银基铋系线材和金属线材的总 变形量为30% 90%，将三根带材复合在一起，在温度为700 840°C，氧分压为0. 01 0. 21atm的条件下保温1 150小时，得到本发明所述加强型铋系高温超导带材。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤3)所述的金属带材为能与银基 铋系带材冷轧复合在一起的镍或铜或钼或金的金属带材。
全文摘要
本发明涉及一种加强型铋系高温超导带材及制备方法，其中制备方法有以下步骤1)将铋锶钙铜氧系超导粉放在银套管中用金属套管法进行多道次拉拔成线材；2)将步骤1)得到的线材轧制成厚度为0.2mm～0.8mm银基铋系带材；3)取步骤2)所得的两根银基铋系带材，在两根银基铋系线材之间夹入一根金属带材，冷轧，使银基铋系线材和金属线材的总变形量为30％～90％，将三根带材复合在一起，在温度为700～840℃，氧分压为0.01～0.21atm的条件下保温1～150小时，即得本发明所述加强型铋系高温超导带材。本发明制作方法简单、成本低，在不降低超导临界电流的前提下显著提高了超导带材的机械性能。
文档编号H01B13/00GK101814343SQ201010173769
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者余晓伟, 刘庆, 尚都, 李明亚, 陈兴品 申请人:重庆大学