CN102097184B - 一种铋系高温超导材料的制备方法 - Google Patents

一种铋系高温超导材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铋系高温超导材料的制备方法，包括以下步骤：一、采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成铋系线带材；二、以甲醇或乙醇作为溶剂溶解粘结剂，并加入Bi-2212粉末搅拌均匀得到悬浊液；三、将铋系线带材通过装有悬浊液的液槽中，并经滑轮导向通过烘干炉，烘干后得到外层涂有超导膜的铋系高温超导线带材；四、对外层涂有超导膜的铋系高温超导线带材进行半熔化处理，随炉冷后得到铋系高温超导线带材。本发明制备工艺简单，设计合理，制造成本低，推广面大。本发明在PIT法制备的铋系线带材表面增加一层Bi-2212超导膜，减小了线带材的银超比，增加有效的超导面积，提高了铋系线带材的工程电流密度。

Description

一种铋系高温超导材料的制备方法
技术领域
本发明属于高温超导线材制备技术领域，具体涉及一种铋系高温超导材料的制备方法。
背景技术
由于Bi-2212高温超导体在4.2K～20K温区具有优异的高磁场载流性能，且是唯一可制备成各向同性圆线的高温超导材料，使其成为制备高场磁体系统内插线圈的首选材料。
目前粉末装管法(PIT)和熔化法相结合的制备技术是制备高性能Bi-2212线带材的主流技术。该技术是将Bi-2212粉末装入银管，通过旋锻、拉拔、组装制备成多芯复合体，再加工到设计的线材尺寸或进一步轧制成带材，然后在900℃左右进行熔化处理获得成品线带材。
这种Bi-2212线带材的加工过程对银超比有一定要求，如果银超比(超导线带材加工后横截面上银与超导粉的面积比)过小，Bi-2212线带材会出现严重的不均匀现象，影响线带材最终性能的均匀性。目前Bi-2212线材的银超比一般高于2.5，带材的银超比一般高于2，由于超导粉末的比例过低，难于将线带材载流性能进一步提高。所以发明一种能减小Bi-2212线带材银超比的的方法，从而增加线带材超导部分所占的比例，对于提高Bi-2212线带材载流性能有重要的意义。
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的不足，提供一种减小Bi-2212线带材银超比，提高铋系线带材载流性能的铋系高温超导材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铋系高温超导材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为4.2mm×0.2mm的带材或直径为0.8mm～1.5mm的线材；
(2)将有机溶剂与粘结剂按50～100∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；所述有机溶剂为甲醇或乙醇，所述粘结剂为氨基树脂、酚醛树脂或聚乙烯缩丁醛，所述Bi-2212粉末的加入量为粘结剂质量的10～15倍；
(3)步骤(1)中所述线材或带材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度100℃～700℃，线材或带材的运行速度为1米/秒～10米/秒；将烘干后的线材或带材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导线材或带材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导线材或带材于纯氧气氛中进行半熔化处理，随炉冷却至室温，得到铋系高温超导线材或带材。
上述步骤(4)中所述半熔化处理的过程为：在温度为880℃～900℃条件下保温20分钟，然后以1℃/h～5℃/h的速率降温至810℃～850℃，保温24小时。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明制备工艺简单，设计合理，制造成本低，工艺重复性好，适合于批量化制备。
2、本发明推广面大，可有效适用于其他相关超导线材的制备过程中。
3、本发明在PIT法制备的Bi-2212线带材表面增加一层Bi-2212超导膜，在不影响线带材均匀性的情况下，减小了线带材的银超比，增加有效的超导面积，提高了Bi-2212线带材的工程电流密度(Je)。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为4.2mm×0.2mm的带材；
(2)将有机溶剂乙醇与粘结剂氨基树脂按50∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入12倍于氨基树脂质量的Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；
(3)步骤(1)中所述带材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度100℃，带材的运行速度为1米/秒；将烘干后的带材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导带材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导带材于纯氧气氛中进行半熔化处理，熔化温度为880℃，保温20分钟，再以1℃/h的降温速率降到810℃保温24小时后，随炉冷却到室温，制得铋系高温超导带材。
本实施例制备的铋系高温超导带材的银超比从增加超导膜前的2减低到1.3，带材的临界电流性能也增加了约18％。
实施例2
本实施例与实施例1制备方法相同，其中不同之处在于：所述粘结剂为酚醛树脂或聚乙烯缩丁醛。
本实施例制备的铋系高温超导带材的银超比从增加超导膜前的2减低到1.5，带材的临界电流性能也增加了约19％。
实施例3
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为4.2mm×0.2mm的带材；
(2)将有机溶剂甲醇与粘结剂氨基树脂按100∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入15倍于氨基树脂质量的Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；
(3)步骤(1)中所述带材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度700℃，带材的运行速度为10米/秒；将烘干后的带材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导带材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导带材于纯氧气氛中进行半熔化处理，熔化温度为890℃，保温20分钟，再以5℃/h的降温速率降到830℃保温24小时后，随炉冷却到室温，制得铋系高温超导带材。
本实施例制备铋系高温超导带材的银超比从增加超导膜前的2减低到1.27，带材的临界电流性能也增加了约19％。
实施例4
本实施例与实施例3制备方法相同，其中不同之处在于：所述粘结剂为酚醛树脂或聚乙烯缩丁醛。
本实施例制备的铋系高温超导带材的银超比从增加超导膜前的2减低到1.34，带材的临界电流性能也增加了约18.5％。
实施例5
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为4.2mm×0.2mm的带材；
(2)将有机溶剂乙醇与粘结剂聚乙烯缩丁醛按80∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入10倍于聚乙烯缩丁醛质量的Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；
(3)步骤(1)中所述带材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度400℃，带材的运行速度为5米/秒；将烘干后的带材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导带材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导带材于纯氧气氛中进行半熔化处理，熔化温度为900℃，保温20分钟，再以3℃/h的降温速率降到850℃保温24小时后，随炉冷却到室温，制得铋系高温超导带材。
本实施例制备的铋系高温超导带材的银超比从增加超导膜前的2减低到1.25，带材的临界电流性能也增加了20％以上。
实施例6
本实施例与实施例5制备方法相同，其中不同之处在于：所述粘结剂为氨基树脂或酚醛树脂。
本实施例制备的铋系高温超导带材的银超比从增加超导膜前的2减低到1.3，带材的临界电流性能也增加了20％以上。
实施例7
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为Φ0.8mm的线材；
(2)将有机溶剂乙醇与粘结剂聚乙烯缩丁醛按80∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入15倍于聚乙烯缩丁醛质量的Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；
(3)步骤(1)中所述线材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度100℃，线材的运行速度为1米/秒；将烘干后的线材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导线材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导线材于纯氧气氛中进行半熔化处理，熔化温度为900℃，保温20分钟，再以5℃/h的降温速率降到810℃保温24小时后，随炉冷却到室温，制得铋系高温超导线材。
本实施例制备的铋系高温超导线材的银超比从增加超导膜前的2.57减低到2.03，线材的临界电流性能也增加了19％以上。
实施例8
本实施例与实施例7制备方法相同，其中不同之处在于：所述粘结剂为氨基树脂或酚醛树脂。
本实施例制备的铋系高温超导线材的银超比从增加超导膜前的2.57减低到2.05，线材的临界电流性能也增加了19％以上。
实施例9
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为Φ1.2mm的线材；
(2)将有机溶剂乙醇与粘结剂氨基树脂按50∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入12倍于氨基树脂质量的Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；
(3)步骤(1)中所述线材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度700℃，线材的运行速度为10米/秒；将烘干后的线材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导线材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导线材于纯氧气氛中进行半熔化处理，熔化温度为880℃，保温20分钟，再以1℃/h的降温速率降到830℃保温24小时后，随炉冷却到室温，制得铋系高温超导线材。
本实施例制备的铋系高温超导线材的银超比从增加超导膜前的2.57减低到2.01，线材的临界电流性能也增加了约19.5％。
实施例10
本实施例与实施例9制备方法相同，其中不同之处在于：所述粘结剂为酚醛树脂或聚乙烯缩丁醛。
本实施例制备的铋系高温超导线材的银超比从增加超导膜前的2.57减低到2.01，线材的临界电流性能也增加了约20％。
实施例11
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为Φ1.5mm的线材；
(2)将有机溶剂甲醇与粘结剂酚醛树脂按100∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入10倍于酚醛树脂质量的Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；
(3)步骤(1)中所述线材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度400℃，线材的运行速度为5米/秒；将烘干后的线材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导线材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导线材于纯氧气氛中进行半熔化处理，熔化温度为890℃，保温20分钟，再以3℃/h的降温速率降到850℃保温24小时后，随炉冷却到室温，制得铋系高温超导线材。
本实施例制备的铋系高温超导线材的银超比从增加超导膜前的2.57减低到2，线材的临界电流性能也增加了20％以上。
实施例12
本实施例与实施例11制备方法相同，其中不同之处在于：所述粘结剂为氨基树脂或聚乙烯缩丁醛。
本实施例制备的铋系高温超导线材的银超比从增加超导膜前的2.57减低到2.03，线材的临界电流性能也增加了20％以上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据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。

Claims (1)

1.一种铋系高温超导材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)采用粉末装管法和集束拉拔技术将Bi-2212粉末制备成截面尺寸为4.2mm×0.2mm的带材或直径为0.8mm～1.5mm的线材；
(2)将有机溶剂与粘结剂按50～100∶1的质量比混合配制成胶体，然后向胶体中加入Bi-2212粉末并搅拌均匀得到悬浊液；所述有机溶剂为甲醇或乙醇，所述粘结剂为氨基树脂、酚醛树脂或聚乙烯缩丁醛，所述Bi-2212粉末的加入量为粘结剂质量的10～15倍；
(3)步骤(1)中所述线材或带材用乙醇擦净后经滑轮导向通过装有步骤(2)中所述悬浊液的液槽中浸涂，然后经滑轮导向通过烘干炉进行烘干，烘干炉长1米，温度100℃～700℃，线材或带材的运行速度为1米/秒～10米/秒；将烘干后的线材或带材绕到卷线机上，得到外层涂有超导膜的铋系高温超导线材或带材；
(4)将步骤(3)中所述外层涂有超导膜的铋系高温超导线材或带材于纯氧气氛中进行半熔化处理，随炉冷却至室温，得到铋系高温超导线材或带材；所述半熔化处理的过程为：在温度为880℃～900℃条件下保温20分钟，然后以1℃/h～5℃/h的速率降温至810℃～850℃，保温24小时。
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