CN102280198A - 一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，该方法为：一、制备前驱粉末；二、将前驱粉末装入Nb/Cu复合金属管中制得装管复合体；三、旋锻和拉拔处理得到单芯线材；四、将铜铌复合棒与多根单芯线材置于无氧铜管中进行二次组装得到二次复合棒，旋锻和拉拔处理得到多芯线材；五、真空烧结得到多芯MgB2超导线材；或轧制成多芯带材后真空烧结，得到多芯MgB2超导带材。本发明对粉末进行高温热处理，可以保证SiC分解的高活性碳更好的取代硼，更有利于提高线/带材在磁场中的临界电流密度，采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，强化MgB2晶粒的连接性，提高线/带材的临界电流密度。

Description

一种多芯MgB<sub>2</sub>超导线/带材的制备方法
技术领域
本发明属于超导材料加工工程技术领域，具体涉及一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法。
背景技术
中心增强的千米级多芯MgB2线/带材结构包括超导芯丝、外包铜铌管、二次无氧铜管和中心增强芯四部分，超导芯丝承载超导态的工作电流，外包铜铌管主要起到化学阻隔以及利于加工的作用，二次无氧铜管主要起到分流、散热的稳定化作用，中心增强芯可以提高线/带材的机械强度，避免由于加工缺陷导致的断线，同时一定程度上提高线/带材的超导芯丝的致密度，更有利于制备满足实用化要求的具有高临界电流密度的千米级多芯MgB2线/带材。
MgB2超导体自2001年发现以来，由于其临界温度为39K，具有相干长度大、不存在晶界弱连接等优点，倍受国内外科学家的关注，在经过了十年的大量、系统的研究基础上，发现元素掺杂是提高MgB2线/带材高场载流能力的有效手段，而SiC掺杂是目前公认的最有效的掺杂物之一。MgB2线/带材制备尤其是满足实用化要求的线/带材制备一直是研究的重点，目前，国际上多个厂家(如美国Hype Tech公司，意大利Columbus公司等)已经具备批量化提供接近实用化的千米级MgB2多芯线/带材。美国Hype Tech公司所采用的是连续管线成型(CTFF：Continuous TubeForming Filling)工艺，该工艺需要复杂且昂贵的设备作为基础，国内外只有少数几家科研机构采用该工艺。意大利Columbus公司采用的是传统的粉末套管法(PIT)工艺，该工艺简单，易操作，是目前制备MgB2线/带材采用最多的工艺。
目前采用PIT技术加工MgB2线材主要有两种技术路线，即先位法(Ex-situ)和原位法(In-situ)。Ex-situ PIT技术采用反应成相后的MgB2作为先驱粉末直接装入金属管中，通过旋锻、拉拔和轧制工艺制备成一定尺寸的线/带材。该技术的特点是工艺简单，非常适合批量化生产。但是由于MgB2材料具有类似陶瓷的脆性，ex-situ PIT制备过程中需要使用高强度的Fe基包套材料，对MgB2芯丝施加足够的应力约束以增强晶粒连接。同时，冷加工过程中会导致线材中的MgB2芯丝形成裂纹等宏观缺陷，导致线/带材性能急剧降低。
In-situ PIT技术采用Mg粉和B粉按MgB2的原子数比装入金属管中，通过拉拔、轧制工艺制备成一定尺寸的线材，再进行热处理，最终在线材中生成MgB2相。In-situ PIT技术的优点是在热处理过程中Mg熔化后与B反应成相，从而可以弥合加工过程中所形成的微裂纹，最终线材中的MgB2超导相晶粒连接较好。但是由于很多包套材料包括常用的Nb、Fe等，在热处理温度较高时(大于750度)，包套材料将同Mg或B发生化学反应，生成一定厚度的扩散层，该扩散层的存在将对线/带材临界电流密度起到抑制作用，并且由于热处理温度较低SiC掺杂物中的碳原子很难取代硼位原子，而SiC掺杂物只能作为二相粒子存在于晶界处，很难明显提高线/带材在高场下的临界电流密度。
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，提供一种先位法和原为法结合制备多芯MgB2超导线/带材的方法。本发明制备的多芯MgB2超导线/带材具有较高的机械强度，可以承载较大的应力应变，同时超导载流性能无明显降低，更符合超导线/带材实用化的要求，有利于超导磁体的制备。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将镁粉、无定形硼粉和亚微米级SiC粉末按照Mg∶B∶SiC＝1∶(4-x)∶x的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛保护下，于900℃～950℃条件下热处理1h～2h，冷却后将块材依次经破碎、球磨和筛分，再按照Mg∶B∶SiC＝1∶(2-x/2)∶x/2的原子比向筛分后的块材中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；所述x的取值为0.04～0.20；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；
步骤三、对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理得到单芯线材，对单芯线材依次进行定尺、截断和酸洗；所述旋锻和拉拔处理的道次加工率为10％～20％；
步骤四、对铜铌复合棒依次进行定尺、截断和酸洗，然后将酸洗后的铜铌复合棒与多根步骤三中酸洗后的单芯线材置于酸洗处理后的无氧铜管中进行二次组装得到二次复合棒，对二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到多芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒置于酸洗处理后的无氧铜管中心，酸洗后的单芯线材沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管中；所述旋锻和拉拔处理的道次加工率为10％～20％；所述酸洗后的单芯线材、酸洗后的铜铌复合棒和酸洗处理后的无氧铜管的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述多芯线材两端密封后置于真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；或者将步骤四中所述多芯线材轧制成多芯带材，然后将多芯带材两端密封后置于真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导带材，所述轧制的道次加工率为10％～30％；所述真空烧结的过程为：在压强为2Pa～5Pa条件下，以10℃/min～20℃/min的升温速率升温至650℃～750℃后保温0.5h～3h，然后以10℃/min～30℃/min的降温速率冷却至室温。
上述步骤一中所述镁粉的质量纯度为99.8％，镁粉的粒度为-325目，所述无定形硼粉的质量纯度为99％，所述亚微米级SiC粉末的质量纯度为99％，亚微米级SiC粉末的粒度不大于1μm。
上述步骤一中所述氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为92％～96％，余量为氢气。
上述步骤一中所述破碎、球磨和筛分的过程为：首先采用玛瑙研钵将块材手工破碎20min～30min；然后将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶10～15的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/4～1/3的乙醇，以300rpm～400rpm的转速球磨30min～60min；最后将球磨后的块材放入200目～325目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分。
上述步骤二中所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％～15％，氢氟酸的质量浓度为5％～8％，余量为水。
上述步骤三中所述单芯线材的酸洗过程为：将单芯线材两端密封保护后置于质量浓度为10％～15％的稀硝酸中浸泡5min～10min，然后用水冲去单芯线材表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干。
上述步骤四中所述多根单芯线材的数量为6根或12根，且相应形成7芯或13芯的二次复合棒；当单芯线材数量为6根时，单芯线材的截面为边长为4mm～5mm的正六边形或直径为8mm～10mm的圆形，且铜铌复合棒的尺寸与单芯线材的尺寸相同；当单芯线材数量为12根时，单芯线材的截面为直径为4.5mm～6mm的圆形，且铜铌复合棒的直径为单芯线材直径的3倍。
上述步骤四中所述无氧铜管的剩余电阻率不小于80，外径为28mm～37mm，壁厚为1.5mm～3mm；所述无氧铜管的酸洗处理过程为：将无氧铜管置于质量浓度为10％～15％的稀硝酸中浸泡5min～10min，然后用水冲去无氧铜管表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干。
上述步骤四中所述铜铌复合棒的酸洗过程为：将铜铌复合棒两端密封保护后置于质量浓度为10％～15％的稀硝酸中浸泡5min～10min，然后用水冲去铜铌复合棒表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干；所述铜铌复合棒由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌组成，所述无氧铜和金属铌的质量比为1∶0.8～1.2，所述无氧铜的剩余电阻率不小于80，所述金属铌的质量纯度不小于99.9％。
上述步骤五中所述多芯MgB2超导线材的线径为1.0mm～1.8mm；所述多芯MgB2超导带材的厚度为0.4mm～0.7mm，宽度为2.0mm～4.0mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明在结合了先位法和原位法优点的前提下，一定程度上克服了上述两种方法的不足。主要优点如下：
1、本发明采用高温对粉末进行热处理，可以保证SiC分解的高活性碳更好的取代硼原子，更有利于提高线/带材在磁场中的临界电流密度，同时采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高线/带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯线带材。
2、超导线材在加工过程中由于线材外部受力较大，导致缺陷向中心发展，本发明中心采用强度较高的铜铌复合棒，一定程度上限制了缺陷的发展，从而降低断线的发生，同时采用铜铌复合棒增强的结构可以提高线/带的屈服强度和抗拉强度，更有利于磁体的制备。
3、本发明的多芯线/带材在烧结时，补充的镁粉可以弥合加工过程形成的微裂纹，同时在较低的烧结温度下(小于750℃)，金属Nb对MgB2材料具有较好的化学惰性，很大程度上降低了Nb/MgB2界面之间的扩散行为，而无氧Cu具有良好的导热、导电性，可以对超导线/带材起到分流、散热的稳定化作用。
4、本发明的制备方法改善了粉末的粒度搭配、提高了掺杂效果，而且很大程度上降低了断线的发生，制备的多芯MgB2超导线/带材具有较高的机械强度和较高的临界电流密度，可以承载较大的应力应变，同时超导载流性能无明显降低，更符合千米级超导线/带材实用化的要求，有利于超导磁体的制备。
本发明采用分步法制备的粉末作为装管前驱粉末，选用Nb/Cu复合管作为内包阻隔层，选择剩余电阻率(RRR值)不小于80的无氧铜管作为二次复合材料，中心采用铜铌复合棒增强制备多芯MgB2超导线/带材。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1、实施例8和实施例9二次组装得到的二次复合棒的结构示意图。
图2为本发明实施例3、实施例11和实施例12二次组装得到的二次复合棒的结构示意图。
图3为本发明实施例5、实施例7和实施例10二次组装得到的二次复合棒的结构示意图。
附图标记说明：
1-单芯线材；    2-铜铌复合棒；    3-无氧铜管。
具体实施方式
实施例1
7芯MgB2超导线材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.96∶0.04的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为92％，余量为氢气)保护下，于900℃条件下热处理2h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎20min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶10的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/4的乙醇，以300rpm的转速球磨60min，将球磨后的块材放入200目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.98∶0.02的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为8％，余量为水；
步骤三、采用10％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为边长为4mm的正六边形的单芯线材1，按照3.0m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为10％的稀硝酸中浸泡酸洗10min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干；
步骤四、对截面为边长4mm的正六边形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶0.8的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，然后将酸洗后的铜铌复合棒2与6根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为28mm，壁厚为1.5mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到7芯二次复合棒(如图1所示)，采用10％的道次加工率对7芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到7芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为10％的稀硝酸中浸泡10min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述7芯线材两端密封后置于真空炉中，在压强为2Pa条件下，以10℃/min的升温速率升温至650℃后保温3h，然后以10℃/min的降温速率冷却至室温，得到直径为1.0mm的千米级7芯MgB2超导线材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高线材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯线材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导线材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达3.0×104A/cm2。
实施例2
7芯MgB2超导带材的制备：
本实施例的制备方法与实施例1相同，其中不同之处在于：将制备的7芯线材以10％的道次加工率轧制成7芯带材，然后将7芯带材两端密封后置于真空炉中进行真空烧结(真空烧结条件同实施例1)，得到厚度为0.4mm，宽度为4.0mm的千米级7芯MgB2超导带材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯带材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导带材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达3.2×104A/cm2。
实施例3
13芯MgB2超导线材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.8∶0.2的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为96％，余量为氢气)保护下，于950℃条件下热处理1h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎30min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶15的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/3的乙醇，以400rpm的转速球磨30min，将球磨后的块材放入325目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.9∶0.1的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为15％，氢氟酸的质量浓度为5％，余量为水；
步骤三、采用20％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为直径为6mm的圆形的单芯线材1，按照3.0m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为15％的稀硝酸中浸泡酸洗5min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；
步骤四、对截面为直径18mm的圆形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶1.2的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，然后将酸洗后的铜铌复合棒2与12根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为37mm，壁厚为3mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到13芯二次复合棒(如图2所示)，采用20％的道次加工率对13芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到13芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为15％的稀硝酸中浸泡5min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述13芯线材两端密封后置于真空炉中，在压强为5Pa条件下，以20℃/min的升温速率升温至750℃后保温0.5h，然后以30℃/min的降温速率冷却至室温，得到线径为1.8mm的千米级13芯MgB2超导线材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高线材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯线材。本实施例制备的千米级13芯MgB2超导线材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达3.2×104A/cm2。
实施例4
13芯MgB2超导带材的制备：
本实施例的制备方法与实施例3相同，其中不同之处在于：将制备的13芯线材以30％的道次加工率轧制成13芯带材，然后将13芯带材两端密封后置于真空炉中进行真空烧结(真空烧结条件同实施例3)，得到厚度为0.5mm，宽度为2.0mm的千米级13芯MgB2超导带材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯带材。本实施例制备的千米级13芯MgB2超导带材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达3.3×104A/cm2。
实施例5
7芯MgB2超导线材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.84∶0.16的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为94％，余量为氢气)保护下，于920℃条件下热处理1.5h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎25min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶13的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的2/7的乙醇，以350rpm的转速球磨45min，将球磨后的块材放入300目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.92∶0.08的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在55℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％，余量为水；
步骤三、采用15％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为直径为10mm的圆形的单芯线材1，按照2.8m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为12％的稀硝酸中浸泡酸洗8min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在55℃条件下烘干；
步骤四、对截面为直径10mm的圆形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶1的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，将酸洗后的铜铌复合棒2与6根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为37mm，壁厚为3mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到7芯二次复合棒(如图3所示)，采用15％的道次加工率对7芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到7芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为12％的稀硝酸中浸泡8min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在55℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述7芯线材两端密封后置于真空炉中，在压强为3.5Pa条件下，以15℃/min的升温速率升温至680℃后保温2h，然后以20℃/min的降温速率冷却至室温，得到线径为1.5mm的千米级7芯MgB2超导线材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高线材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯线材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导线材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达2.5×104A/cm2。
实施例6
7芯MgB2超导带材的制备：
本实施例的制备方法与实施例1相同，其中不同之处在于：将制备的7芯线材以20％的道次加工率轧制成7芯带材，然后将7芯带材两端密封后置于真空炉中进行真空烧结(真空烧结条件同实施例5)，得到厚度为0.7mm，宽度为2.5mm的千米级7芯MgB2超导带材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯带材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导带材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达3.4×104A/cm2。
实施例7
7芯MgB2超导带材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.9∶0.1的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为95％，余量为氢气)保护下，于900℃条件下热处理2h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎30min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶15的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的2/7的乙醇，以350rpm的转速球磨45分钟，将球磨后的块材放入200目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.95∶0.05的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在55℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为7％，余量为水；
步骤三、采用20％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为直径为9mm的圆形的单芯线材1，按照3.2m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为12％的稀硝酸中浸泡酸洗8min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；
步骤四、对截面为直径9mm的圆形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶1的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，将酸洗后的铜铌复合棒2与6根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为32mm，壁厚为2mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到7芯二次复合棒(如图3所示)，采用10％的道次加工率对7芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到7芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为12％的稀硝酸中浸泡8min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述7芯线材以10％的道次加工率轧制成7芯带材，然后将7芯带材两端密封后置于真空炉中，在压强为3Pa条件下，以10℃/min的升温速率升温至680℃后保温2h，然后以20℃/min的降温速率冷却至室温，得到厚度为0.7mm，宽度为3.0mm的千米级7芯MgB2超导带材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯带材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导带材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达2.3×104A/cm2。
实施例8
7芯MgB2超导带材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.96∶0.04的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为92％，余量为氢气)保护下，于950℃条件下热处理2h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎20min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶10的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/4的乙醇，以300rpm的转速球磨60min，将球磨后的块材放入200目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.98∶0.02的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％，余量为水；
步骤三、采用10％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为边长为4.5mm的正六边形的单芯线材1，按照3.0m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为15％的稀硝酸中浸泡酸洗10min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干；
步骤四、对截面为边长4.5mm的正六边形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶1.2的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，将酸洗后的铜铌复合棒2与6根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为32mm，壁厚为2mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到7芯二次复合棒(如图1所示)，采用10％的道次加工率对7芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到7芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为10％的稀硝酸中浸泡10min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述7芯线材以20％的道次加工率轧制成7芯带材，然后将7芯带材两端密封后置于真空炉中，在压强为2Pa条件下，以12℃/min的升温速率升温至700℃后保温1h，然后以25℃/min的降温速率冷却至室温，得到厚度为0.6mm，宽度为3.5mm的千米级7芯MgB2超导带材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯带材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导带材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达2.5×104A/cm2。
实施例9
7芯MgB2超导线材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.9∶0.1的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为93％，余量为氢气)保护下，于910℃条件下热处理2h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎20min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶10的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/4的乙醇，以350rpm的转速球磨40min，将球磨后的块材放入200目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.95∶0.05的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为8％，余量为水；
步骤三、采用10％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为边长为5mm的正六边形的单芯线材1，按照3.0m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为10％的稀硝酸中浸泡酸洗10min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干；
步骤四、对截面为边长5mm的正六边形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶0.8的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，将酸洗后的铜铌复合棒2与6根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为34mm，壁厚为1.5mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到7芯二次复合棒(如图1所示)，采用10％的道次加工率对7芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到7芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为10％的稀硝酸中浸泡10min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述7芯线材两端密封后置于真空炉中，在压强为2Pa条件下，以10℃/min的升温速率升温至650℃后保温3h，然后以10℃/min的降温速率冷却至室温，得到直径为1.2mm的千米级7芯MgB2超导线材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高线材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯线材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导线材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达2.8×104A/cm2。
实施例10
7芯MgB2超导带材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.9∶0.1的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为95％，余量为氢气)保护下，于900℃条件下热处理2h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎30min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶15的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的2/7的乙醇，以350rpm的转速球磨45分钟，将球磨后的块材放入200目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.95∶0.05的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在55℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为7％，余量为水；
步骤三、采用20％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为直径为8mm的圆形的单芯线材1，按照3.2m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为12％的稀硝酸中浸泡酸洗8min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；
步骤四、对截面为直径8mm的圆形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶1的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，将酸洗后的铜铌复合棒2与6根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为28mm，壁厚为1.5mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到7芯二次复合棒(如图3所示)，采用10％的道次加工率对7芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到7芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为12％的稀硝酸中浸泡8min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述7芯线材以10％的道次加工率轧制成7芯带材，然后将7芯带材两端密封后置于真空炉中，在压强为3Pa条件下，以10℃/min的升温速率升温至680℃后保温2h，然后以20℃/min的降温速率冷却至室温，得到厚度为0.6mm，宽度为2.8mm的千米级7芯MgB2超导带材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯带材。本实施例制备的千米级7芯MgB2超导带材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达2.7×104A/cm2。
实施例11
13芯MgB2超导线材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.8∶0.2的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为96％，余量为氢气)保护下，于950℃条件下热处理1h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎30min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶15的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/3的乙醇，以400rpm的转速球磨30min，将球磨后的块材放入325目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.9∶0.1的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在55℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为15％，氢氟酸的质量浓度为5％，余量为水；
步骤三、采用20％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为直径为4.5mm的圆形的单芯线材1，按照3.0m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为15％的稀硝酸中浸泡酸洗5min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；
步骤四、对截面为直径13.5mm的圆形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶1.2的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，将酸洗后的铜铌复合棒2与12根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为28mm，壁厚为2mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到13芯二次复合棒(如图2所示)，采用20％的道次加工率对13芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到13芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为15％的稀硝酸中浸泡5min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述13芯线材两端密封后置于真空炉中，在压强为5Pa条件下，以20℃/min的升温速率升温至750℃后保温0.5h，然后以30℃/min的降温速率冷却至室温，得到线径为1.0mm的千米级13芯MgB2超导线材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高线材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯线材。本实施例制备的千米级13芯MgB2超导线材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达3.2×104A/cm2。
实施例12
13芯MgB2超导带材的制备：
步骤一、将镁粉(粒度为-325目，质量纯度为99.8％)、无定形硼粉(质量纯度为99％)和亚微米级SiC粉末(质量纯度为99％，粒度不大于1μm)按照Mg∶B∶SiC＝1∶3.8∶0.2的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛(氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为96％，余量为氢气)保护下，于950℃条件下热处理1h，冷却后采用玛瑙研钵将块材手工破碎30min，将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶15的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/3的乙醇，以400rpm的转速球磨30min，将球磨后的块材放入325目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分，按照Mg∶B∶SiC＝1∶1.9∶0.1的原子比向保留的过筛粉末中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为15％，氢氟酸的质量浓度为5％，余量为水；
步骤三、采用20％的道次加工率对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理，得到截面为直径为5mm的圆形的单芯线材1，按照3.0m的长度对单芯线材1依次进行定尺、截断，将定尺截断后的单芯线材1两端密封保护后置于质量浓度为15％的稀硝酸中浸泡酸洗5min，用水冲去单芯线材1表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；
步骤四、对截面为直径15mm的圆形的铜铌复合棒2(由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌按1∶1.2的质量比组成，其中无氧铜的剩余电阻率不小于80，金属铌的质量纯度不小于99.9％)依次进行定尺、截断和酸洗，酸洗过程与单芯线材1的酸洗过程相同，将酸洗后的铜铌复合棒2与12根步骤三中酸洗后的单芯线材1置于酸洗处理后的剩余电阻率不小于80，外径为30mm，壁厚为2mm的无氧铜管3中，进行二次组装得到13芯二次复合棒(如图2所示)，采用20％的道次加工率对13芯二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到13芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒2置于酸洗处理后的无氧铜管3中心，酸洗后的单芯线材1沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒2排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管3中；所述无氧铜管3的酸洗处理过程为：将无氧铜管3置于质量浓度为15％的稀硝酸中浸泡5min，然后用水冲去无氧铜管3表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在60℃条件下烘干；所述酸洗后的单芯线材1、酸洗后的铜铌复合棒2和酸洗处理后的无氧铜管3的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述13芯线材以30％的道次加工率轧制成13芯带材，然后将13芯带材两端密封后置于真空炉中，在压强为5Pa条件下，以20℃/min的升温速率升温至750℃后保温0.5h，然后以30℃/min的降温速率冷却至室温，得到厚度为0.4mm，宽度为2.0mm的千米级13芯MgB2超导带材。
本实施例采用中心铜铌复合棒增强的导体结构有利于提高MgB2超导芯丝的致密度，有效强化MgB2晶粒的连接性，提高带材的临界电流密度，更适合于制备实用化千米级多芯带材。本实施例制备的千米级13芯MgB2超导带材在4.2K，5T时，临界电流密度Jc高达3.5×104A/cm2。
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 (10)

1.一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将镁粉、无定形硼粉和亚微米级SiC粉末按照Mg∶B∶SiC＝1∶(4-x)∶x的原子比进行配料，混合均匀后压制成块材，然后将块材在氩氢混合气氛保护下，于900℃～950℃条件下热处理1h～2h，冷却后将块材依次经破碎、球磨和筛分，再按照Mg∶B∶SiC＝1∶(2-x/2)∶x/2的原子比向筛分后的块材中补足镁粉，混合均匀后得到前驱粉末；所述x的取值为0.04～0.20；
步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入酸洗处理后的Nb/Cu复合金属管中，制得装管复合体；所述Nb/Cu复合管中Nb作为内阻隔层，Cu作为外层稳定体；
步骤三、对步骤二中所述装管复合体进行旋锻和拉拔处理得到单芯线材(1)，对单芯线材(1)依次进行定尺、截断和酸洗；所述旋锻和拉拔处理的道次加工率为10％～20％；
步骤四、对铜铌复合棒(2)依次进行定尺、截断和酸洗，然后将酸洗后的铜铌复合棒(2)与多根步骤三中酸洗后的单芯线材(1)置于酸洗处理后的无氧铜管(3)中进行二次组装得到二次复合棒，对二次复合棒进行旋锻和拉拔处理得到多芯线材；所述二次组装过程中酸洗后的铜铌复合棒(2)置于酸洗处理后的无氧铜管(3)中心，酸洗后的单芯线材(1)沿圆周方向围绕酸洗后的铜铌复合棒(2)排列成圆环状结构装入酸洗处理后的无氧铜管(3)中；所述旋锻和拉拔处理的道次加工率为10％～20％；所述酸洗后的单芯线材(1)、酸洗后的铜铌复合棒(2)和酸洗处理后的无氧铜管(3)的长度均相同；
步骤五、将步骤四中所述多芯线材两端密封后置于真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；或者将步骤四中所述多芯线材轧制成多芯带材，然后将多芯带材两端密封后置于真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导带材，所述轧制的道次加工率为10％～30％；所述真空烧结的过程为：在压强为2Pa～5Pa条件下，以10℃/min～20℃/min的升温速率升温至650℃～750℃后保温0.5h～3h，然后以10℃/min～30℃/min的降温速率冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镁粉的质量纯度为99.8％，镁粉的粒度为-325目，所述无定形硼粉的质量纯度为99％，所述亚微米级SiC粉末的质量纯度为99％，亚微米级SiC粉末的粒度不大于1μm。
3.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氩氢混合气氛中氩气的体积百分含量为92％～96％，余量为氢气。
4.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述破碎、球磨和筛分的过程为：首先采用玛瑙研钵将块材手工破碎20min～30min；然后将破碎后的块材放入玛瑙罐中，按照破碎后的块材与玛瑙球的质量比1∶10～15的比例放入玛瑙球，并加入质量为破碎后块材质量的1/4～1/3的乙醇，以300rpm～400rpm的转速球磨30min～60min；最后将球磨后的块材放入200目～325目的滤筛中进行筛分，保留过筛粉末，去除筛上部分。
5.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述酸洗处理为采用由硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用水冲去残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干，所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％～15％，氢氟酸的质量浓度为5％～8％，余量为水。
6.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述单芯线材(1)的酸洗过程为：将单芯线材(1)两端密封保护后置于质量浓度为10％～15％的稀硝酸中浸泡5min～10min，然后用水冲去单芯线材(1)表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干。
7.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述多根单芯线材(1)的数量为6根或12根，且相应形成7芯或13芯的二次复合棒；当单芯线材(1)数量为6根时，单芯线材(1)的截面为边长为4mm～5mm的正六边形或直径为8mm～10mm的圆形，且铜铌复合棒(2)的尺寸与单芯线材(1)的尺寸相同；当单芯线材(1)数量为12根时，单芯线材(1)的截面为直径为4.5mm～6mm的圆形，且铜铌复合棒(2)的直径为单芯线材(1)直径的3倍。
8.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述无氧铜管(3)的剩余电阻率不小于80，外径为28mm～37mm，壁厚为1.5mm～3mm；所述无氧铜管(3)的酸洗处理过程为：将无氧铜管(3)置于质量浓度为10％～15％的稀硝酸中浸泡5min～10min，然后用水冲去无氧铜管(3)表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干。
9.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述铜铌复合棒(2)的酸洗过程为：将铜铌复合棒(2)两端密封保护后置于质量浓度为10％～15％的稀硝酸中浸泡5min～10min，然后用水冲去铜铌复合棒(2)表面残留酸液，再用无水乙醇脱水，最后在50℃～60℃条件下烘干；所述铜铌复合棒(2)由作为外层材料的无氧铜和作为内层材料的金属铌组成，所述无氧铜和金属铌的质量比为1∶0.8～1.2，所述无氧铜的剩余电阻率不小于80，所述金属铌的质量纯度不小于99.9％。
10.根据权利要求1所述的一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述多芯MgB2超导线材的线径为1.0mm～1.8mm；所述多芯MgB2超导带材的厚度为0.4mm～0.7mm，宽度为2.0mm～4.0mm。
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