CN101967591B - 机械合金化法制备Nb3Al超导材料的方法 - Google Patents

机械合金化法制备Nb3Al超导材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械合金化法制备Nb3Al超导材料的方法，属合金材料制造工艺技术领域。本发明的主要过程是：（1）采用高能球磨进行Nb和Al粉的机械合金化，获得高度弥散的机械合金化Nb-Al合金粉末；（2）采用粉末压制和低温快速烧结工艺获得Nb-Al固溶合金和Nb-Al低价金属间化合物；（3）对所述低温烧结试样进行压制或轧制使其致密化，然后通过高温合金化处理，最终获得Nb3Al金属间化合物超导材料。

Description

机械合金化法制备Nb3Al超导材料的方法
技术领域
本发明涉及一种机械合金化法制备Nb3Al超导材料的方法，属合金材料制造工艺技术领域。
背景技术：
铌的超导转变温度高，铌与锡和铝形成的铌锡和铌铝合金是很好的超导体。最近10多年来相继开发的Nb3Al、Nb3(Al,Ge)和Nb3Sn是强磁场超导材料，具有高的临界电流密度Jc、临界温度Tc和临界磁场Hc。能够满足大于40KA和10T大电流、高磁场的工作要求。强磁场下应力和应变关系的研究表明， Nb3A1具有比Nb3Sn线材更好的抗应力特性和类似于Nb3Sn的辐照敏感性，表明Nb3A1线材作为大型核聚变反应堆用磁体材料有着很好的应用前景。
超导材料通常是作为线材而使用的，而Nb3Al是一种A15结构的有序金属间化合物，极其硬和脆，如先制成Nb3Al金属间化合物，然后拉丝，是无法顺利制得丝材的。因此工业界通常采用管装法、轧制法、熔渗法等先制成复合材料，在拉拔后在进行热处理，从而获得A15结构有序金属间化合物丝材。但这些方法必须先将铌和铝加工成管状，带状或板状，然后进行加工和复合再拉丝和热处理，工艺极其复杂，周期长，而且传统方法获得的铌材纯度低，需要进行高纯处理，因此生产成本高。
本发明是首先通过机械合金化获得高度弥散的无定型的Nb-Al合金粉末，即没有形成合金结构的机械合金化粉末，然后通过模压成形和低温快速烧结获得高密度机械合金化Nb-Al块材，由于低温烧结合金结构还没有转变成脆性的金属间化合物结构，因此这种材料具有可加工性，可以通过拉拔制成丝材。然后再通过高温处理进行合金化结构转变，形成A15结构的金属间化合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用机械合金化法制备Nb3Al超导材料的工艺方法。
本发明一种机械合金化制备Nb3Al超导材料的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比3:1进行配料，采用粒度100-250目的铌粉和粒度100-200目的铝粉为原料；以酒精作为球磨介质，在行星式球磨机中进行球磨使其机械合金化；球磨工艺条件为：球料比10：1，球磨转速250 r/min，球磨时间5h。球磨后粉末经烘干处理，获得机械合金化粉末；
b.将上述所得的粉末用模具压制成形，压制压力为12MPa，制成块片状料坯；先进行低温烧结，将所述料坯放入管式炉中进行烧结，烧结温度为700℃-800℃，烧结时间为10-20分钟，烧结在氩气气氛中进行；铌铝机械合金化粉末在烧结过程中发生了合金化反应，初步形成了NbAl3相。 
c.将上述经过低温烧结的试样进行压制或轧制使其达到完全致密化；然后再进行高温合金化处理，高温处理在氩气保护的高温炉中进行，处理温度为1600℃-1700℃，保温1-2小时，最终制得Nb3Al金属间化合物超导材料。
本发明的优点和特点如下所述：
（1） 高能球磨可容易获得机械合金化粉末，这种粉末是一种高度弥散的Nb-Al无定型合金粉末，高能球磨获得的粉末晶粒高度细小，甚至可达纳米级，可以大大提高最终所获得的超导材料的超导特性；
（2） 低温快速烧结可消除高能球磨粉末的加工硬化，获得低价的铌铝金属间化合物，这种晶粒细小的低价金属间化合物材料具有相当高的延性，可通过机械拉伸成超导体所需的细丝；
（3）节能和环保， 高能球磨和烧结过程使用的温度低、效率高，因此所消耗的能量比传统高温冶金要低得多。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例
本实施例中Nb3Al超导材料的制备过程和步骤如下：
（1）按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比3:1进行配料，采用粒度100-250目的铌粉和粒度100-200目的铝粉为原料；以酒精作为球磨介质，在行星式球磨机中进行球磨使其机械合金化；球磨工艺条件为：球料比10：1，球磨转速250 r/min，球磨时间5h。球磨后粉末经烘干处理，获得机械合金化粉末；
（2）将上述所得的粉末用模具压制成形，压制压力为12MPa，制成块片状料坯；先进行低温烧结，将所述料坯放入管式炉中进行烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为10分钟，烧结在氩气气氛中进行；铌铝机械合金化粉末在烧结过程中发生了合金化反应，初步形成了NbAl3相。 
（3）将上述经过低温烧结的试样进行压制或轧制使其达到完全致密化；然后再进行高温合金化处理，高温处理在氩气保护的高温炉中进行，处理温度为1650℃-，保温1小时，最终制得Nb3Al金属间化合物超导材料。

Claims (1)

1.一种机械合金化法制备Nb3Al超导材料的方法，其特征在于具有以下的过程和步骤：
a.      按Nb3Al分子式中Nb与Al原子摩尔比3:1进行配料，采用粒度100-250目的铌粉和粒度100-200目的铝粉为原料；以酒精作为球磨介质，在行星式球磨机中进行球磨使其机械合金化；球磨工艺条件为：球料比10：1，球磨转速250 r/min，球磨时间5h；球磨后粉末经烘干处理，获得机械合金化粉末；
b.      将上述所得的粉末用模具压制成形，压制压力为12MPa，制成块片状料坯；先进行低温烧结，将所述料坯放入管式炉中进行烧结，烧结温度为700℃-800℃，烧结时间为10-20分钟，烧结在氩气气氛中进行；铌铝机械合金化粉末在烧结过程中发生了合金化反应，初步形成了NbAl3相； 
c.       将上述经过低温烧结的试样进行压制或轧制使其达到完全致密化；然后再进行高温合金化处理，高温处理在氩气保护的高温炉中进行，处理温度为1600℃-1700℃，保温1-2小时，最终制得Nb3Al金属间化合物超导材料。
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