CN103606423A - 一种MgB2-NbTi复合超导线材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，包括以下步骤：一、制备MgB₂单芯线材；二、将NbTi单芯线材和MgB₂单芯线材进行定尺、截断和酸洗处理；三、将NbTi单芯线材、MgB₂单芯线材和Cu管进行组装，得到MgB₂-NbTi装管复合体；四、采用拉拔和孔型轧制相结合的加工路线，并进行适当的退火处理，得到MgB₂-NbTi复合线材；五、进行成相处理和时效处理，得到MgB₂-NbTi复合超导线材。本发明将MgB₂单芯线材与NbTi单芯线材进行组装，采用拉拔和孔型轧制结合的加工技术以及热处理技术，最终制备出具有优异超导性能的MgB₂-NbTi超导线材，具有广泛的应用前景。

Description

一种MgB2-NbTi复合超导线材的制备方法

技术领域

本发明属于超导线材技术领域，具体涉及一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法。

背景技术

超导材料将作为本世纪最重要的高技术节能环保材料，将在大规模输配电、超强磁体、储能、发电机、变压器、磁悬浮列车等领域有着广泛的应用，以应对随着地球“气候变暖”和人类生存环境的恶化带来的诸多问题。

低温超导体NbTi合金是运用最广泛的超导材料，由于制造成本低于其它低温超导材料，而且机械性能良好，且工艺成熟，性能稳定，因此得到广泛的应用。包括我国在内世界上很多国家和地区都对NbTi超导线材的实际运用做了很多富有成效的研究。但是，NbTi超导体一般工作在液氦（4.2K）温度下，且液氦的比热很小，在使用过程中会被大量损耗，而液氦的购买必须依靠美国等西方国家，因此对于NbTi超导体的实用化受到一定的限制。NbTi超导体的临界转变温度为9.8K，小的热扰动就有可能导致其发生失超现象，产生大量热，造成液氦的大量损失，且影响磁体系统的稳定性。

MgB₂由于其本证特性较低温超导材料具有明显优势，因此，MgB₂超导材料有望实现20K工作温度下，部分取代低温超导材料，将在1～3T医疗核磁共振成像磁体中得到应用。MgB₂超导线带材一般选用无氧铜作为稳定层，选用Fe、Nb、Ta和Ti作为阻隔层材料，外包套材料则多选用Fe、不锈钢、Monel、CuNi合金和高纯无氧Cu，随着外包套材料的强度升高，尤其采用Fe和Monel包套材料制备的线带材，生成的MgB₂超导芯的致密度有较大程度上的增加。但是MgB₂超导体由于其粉体固有的性质，导致其机械系能差，在很小的应力下就会发生失超现象，且其临界电流密度受磁场影响大，同时，纯MgB₂超导体缺乏有效的钉扎中心，在外界磁场的影响下，临界电流衰减很快，因此，需要引入有效的钉扎中心来提高其在磁场下的性能，而化学掺杂是一种有效的掺杂方式，尤其是B位的C掺杂效果最明显，而掺杂物一般选用SiC、TiC和无定形C等。

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MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法。该方法将MgB₂单芯线材与NbTi单芯线材进行组装，采用拉拔和孔型轧制结合的加工技术以及成相热处理技术，最终制备出具有优异超导性能的MgB₂-NbTi超导线材，具有广泛的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、制备MgB₂单芯线材，具体过程为：

步骤101、按照Mg∶B∶（Ti+C）=1.05∶（4-x）∶x的原子比称取Mg粉、B粉和TiC粉，混合均匀后压制成形，得到粉末压坯，其中x满足：0.08≤x≤0.16；

步骤102、在氢氩混合气氛的保护下，将步骤101中所述粉末压坯在温度为900℃～1000℃的条件下保温2h～3h进行高温热处理；

步骤103、将步骤102中高温热处理后的粉末压坯依次进行破碎、研磨和筛分处理，然后向筛分处理后的粉末压坯中补加Mg粉，混合均匀后得到原子比Mg∶B∶（Ti+C）=2.06∶（4-x）∶x的前驱粉；

步骤104、将步骤103中所述前驱粉装入Fe管中，得到MgB₂装管复合体；

步骤105、将步骤104中所述MgB₂装管复合体进行第一孔型轧制，得到MgB₂单芯线材；

步骤二、将NbTi单芯线材和步骤105中所述MgB₂单芯线材均依次进行定尺、截断和酸洗处理，经酸洗处理后的NbTi单芯线材的形状和尺寸均与酸洗处理后的MgB₂单芯线材相同；所述NbTi单芯线材由NbTi合金、包覆于NbTi合金外的Nb层和包覆于Nb层外的Cu层组成，其中NbTi合金中Nb的质量百分含量为50%～54%，余量为Ti；

步骤三、将10根步骤二中酸洗处理后的NbTi单芯线材、9根酸洗处理后的MgB₂单芯线材和1根Cu管进行组装，得到MgB₂-NbTi装管复合体；所述MgB₂-NbTi装管复合体由芯材、包覆于芯材外的第一包覆体、包覆于第一包覆体外的第二包覆体以及包覆于第二包覆体外的Cu管组成，其中芯材为1根NbTi单芯线材，第一包覆体由3根MgB₂单芯线材和3根NbTi单芯线材组成，且MgB₂单芯线材和NbTi单芯线材呈交错布设，第二包覆体由6根MgB₂单芯线材和6根NbTi单芯线材组成，且MgB₂单芯线材和NbTi单芯线材呈交错布设；

步骤四、以15%～20%的道次加工率对步骤三中所述MgB₂-NbTi装管复合体进行4～5道次的第一拉拔，再以10%～12%的道次加工率对第一拉拔后的MgB₂-NbTi装管复合体进行7～9道次的第二孔型轧制，并在第二孔型轧制后进行第一真空退火处理，然后以10%～12%的道次加工率对第一真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行12～16道次的第二拉拔，并在第二拉拔后进行第二真空退火处理，最后以10%～12%的道次加工率对第二真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行第三拉拔，最终得到横截面形状为圆形的MgB₂-NbTi复合线材，其横截面直径为1.2mm～1.5mm；

步骤五、将步骤四中所述MgB₂-NbTi复合线材进行一次高温成相处理，然后将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材进行多次低温时效处理，得到MgB₂-NbTi复合超导线材；所述高温成相处理的具体过程为：将MgB₂-NbTi复合线材以10℃/min～20℃/min的升温速率升温至600℃～650℃后保温2h～3h，然后自然冷却至25℃室温，每次低温时效处理的具体过程均为：将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材以1℃/min～3℃/min的升温速率升温至380℃～420℃后保温30h～40h，然后自然冷却至25℃室温。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤102中所述氢氩混合气氛中氢气的体积百分含量为4%～8%，余量为氩气。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤105中所述第一孔型轧制的道次加工率为10%～12%。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤105中所述MgB₂单芯线材与步骤二中所述NbTi单芯线材均为正六边形线材，其横截面边长均为2mm～3mm。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述NbTi单芯线材中NbTi合金、Nb和Cu的质量比为（0.9～1.5）∶（0.1～0.2）∶1。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述Cu管的剩余电阻比≥100。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述Cu管的外径为24mm～36mm，所述Cu管的壁厚为3mm～4mm。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第一真空退火处理和第二真空退火处理的温度均为500℃～550℃，所述第一真空退火处理和第二退火处理的时间均为0.5h～2h。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述高温成相处理在真空度≤2Pa的条件下进行，所述低温时效处理在真空度≤5×10^-2Pa的条件下进行。

上述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述低温时效处理的次数为3次或4次。

所述NbTi单芯线材为现有材料，可通过采购手段得到，也可根据常规技术手段制备得出：将NbTi合金棒装入铌管中，再装入无氧铜管中得到复合体，然后采用常规的旋锻拉拔加工工艺，以10%～15%的道次加工率经多道次拉拔而成。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过对粉末压坯进行高温热处理，能够有效保证TiC分解产生的高活性碳更好的取代硼原子，更有利于提高线材在磁场中的临界电流密度；同时，本发明通过高温反应生成了以MgB₄为主相的粉体，从而避免了B同阻隔层材料Fe之间的扩散反应，降低了FeBx对线材最终性能的影响；适量镁粉的补入，能够在最终热处理时弥合加工裂纹、改善晶粒的连接性，提高线材的载流性能。

2、与传统单一的MgB₂超导材料和NbTi超导材料相比，本发明具有较宽的使用温度范围和较高的使用磁场。当温度大于9.8K时，由MgB₂超导芯丝提供传输电流；当温度小于9.8K时，由MgB₂超导芯丝和NbTi超导芯丝共同提供传输电流。而且即使当NbTi超导材料失去超导电性后，在MgB₂超导体超导转变温度以下，MgB₂芯丝能够起到很好的分流作用，将NbTi超导芯丝中绝大部分失超电流分流到具有零电阻效应的MgB₂芯丝中，从而对磁体系统进行很好的保护。

3、NbTi超导芯丝可以为MgB₂超导体提供机械强度支撑，从而满足更高强度的使用。同时，多芯线材所选用的组装结构，有利于改善MgB₂装管前驱粉体的流动性，抑制缺陷的产生，制备多芯线材的整体尺寸以及芯丝尺寸更均匀。

4、采用纯Fe作为阻隔层材料以及中心增强的结构，可以有效强化MgB₂晶粒的连接性，而且外层包套材料选用高纯无氧Cu，可以保证多芯线材具有优良的导电性能和导热性能。

5、本发明以PIT工艺技术为基础，采用分步添加Mg粉的方法制备MgB₂单芯线材；然后将MgB₂单芯线材与NbTi单芯线材按照19芯的导体结构进行组装，结合拉拔和孔型轧制两种加工技术，以及结合高温成相处理和低温时效处理技术，最终制备出MgB₂-NbTi多芯线材。采用本发明制备的MgB₂-NbTi复合超导线材具有优异的超导性能，具有广泛的应用前景。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例1和实施例2MgB₂-NbTi装管复合体的结构示意图。

图2为本发明实施例3和实施例4MgB₂-NbTi装管复合体的结构示意图。

附图标记说明：

1—Cu管；       2—MgB₂单芯线材；    3—NbTi单芯线材。

具体实施方式

实施例1

规格为Ф1.2mm的MgB₂-NbTi复合超导线材的制备：

步骤一、制备MgB₂单芯线材2，具体过程为：

步骤101、按照Mg∶B∶（Ti+C）=1.05∶3.92∶0.08的原子比称取Mg粉、B粉和TiC粉，混合均匀后压制成形，得到粉末压坯；

步骤102、在氢氩混合气氛的保护下，将步骤101中所述粉末压坯在温度为900℃的条件下保温3h进行高温热处理，然后自然冷却至25℃室温；所述氢氩混合气氛中氢气与氩气的体积比为5∶95；

步骤103、将步骤102中高温热处理后的粉末压坯依次进行破碎、研磨和筛分处理，然后向筛分处理后的粉末压坯中补加Mg粉，混合均匀后得到原子比Mg∶B∶（Ti+C）=2.06∶3.92∶0.08的前驱粉；

步骤104、将步骤103中所述前驱粉装入Fe管中，得到MgB₂装管复合体；

步骤105、以10%的道次加工率对步骤104中所述MgB₂装管复合体进行第一孔型轧制，得到截面边长为2mm的正六边形MgB₂单芯线材2；

步骤二、将截面边长为2mm的正六边形NbTi单芯线材3和步骤105中所述MgB₂单芯线材2均依次进行1.0m定尺、截断和酸洗处理，使NbTi单芯线材3与MgB₂单芯线材2的形状和尺寸均相同；所述NbTi单芯线材3由NbTi合金、包覆于NbTi合金外的Nb层和包覆于Nb层外的Cu层按质量比为0.9∶0.1∶1组成，其中NbTi合金中Nb与Ti的质量比为50∶50；

步骤三、将10根步骤二中酸洗处理后的NbTi单芯线材3、9根酸洗处理后的MgB₂单芯线材2和1根Cu管1进行组装，得到MgB₂-NbTi装管复合体（其结构示意图如图1所示）；所述MgB₂-NbTi装管复合体由芯材、包覆于芯材外的第一包覆体、包覆于第一包覆体外的第二包覆体以及包覆于第二包覆体外的Cu管1组成，其中芯材为1根NbTi单芯线材3，第一包覆体由3根MgB₂单芯线材2和3根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设，第二包覆体由6根MgB₂单芯线材2和6根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设；所述Cu管1的剩余电阻比≥100，外径为24mm，壁厚为3mm；

步骤四、以18%的道次加工率对步骤三中所述MgB₂-NbTi装管复合体进行5道次的第一拉拔，再以12%的道次加工率对第一拉拔后的MgB₂-NbTi装管复合体进行7道次的第二孔型轧制，并在第二孔型轧制后于500℃保温2h进行第一真空退火处理，然后以12%的道次加工率对第一真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行12道次的第二拉拔，并在第二拉拔后于500℃保温1h进行第二真空退火处理，最后以12%的道次加工率对第二真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行第三拉拔，最终得到横截面形状为圆形的MgB₂-NbTi复合线材，其截面直径为1.2mm；

步骤五、将步骤四中所述MgB₂-NbTi复合线材进行1次高温成相处理和3次低温时效处理，得到MgB₂-NbTi复合超导线材；所述高温成相处理的具体过程为：在真空度≤1.2Pa的条件下，将MgB₂-NbTi复合线材以10℃/min的升温速率升温至600℃后保温3h，然后自然冷却至25℃室温，所述低温时效处理的具体过程为：在真空度≤2×10^-2Pa的条件下，将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材以1℃/min的升温速率升温至380℃后保温30h，然后自然冷却至25℃室温。

本实施例制备的MgB₂-NbTi复合超导线材在20K，1T时，临界电流密度Jc达到4.6×10⁴A/cm²；在4.2K，6T时，临界电流密度Jc达到9.8×10⁴A/cm²，屈服强度R_p0.2达到153MPa。由此证实本实施例制备的MgB₂-NbTi复合线材具有优异的超导性能，具有广泛的应用前景。

实施例2

规格为Ф1.5mm的MgB₂-NbTi复合超导线材的制备：

步骤一、制备MgB₂单芯线材2，具体过程为：

步骤101、按照Mg∶B∶（Ti+C）=1.05∶3.84∶0.16的原子比称取Mg粉、B粉和TiC粉，混合均匀后压制成形，得到粉末压坯；

步骤102、在氢氩混合气氛的保护下，将步骤101中所述粉末压坯在温度为1000℃的条件下保温2h进行高温热处理，然后自然冷却至25℃室温；所述氢氩混合气氛中氢气与氩气的体积比为4∶96；

步骤103、将步骤102中高温热处理后的粉末压坯依次进行破碎、研磨和筛分处理，然后向筛分处理后的粉末压坯中补加Mg粉，混合均匀后得到原子比Mg∶B∶（Ti+C）=2.06∶3.84∶0.16的前驱粉；

步骤104、将步骤103中所述前驱粉装入Fe管中，得到MgB₂装管复合体；

步骤105、以12%的道次加工率对步骤104中所述MgB₂装管复合体进行第一孔型轧制，得到截面边长为3mm的正六边形MgB₂单芯线材2；

步骤二、将截面边长为3mm的正六边形NbTi单芯线材3和步骤105中所述MgB₂单芯线材2均依次进行1.2m定尺、截断和酸洗处理，使NbTi单芯线材3与MgB₂单芯线材2的形状和尺寸均相同；所述NbTi单芯线材3由NbTi合金、包覆于NbTi合金外的Nb层和包覆于Nb层外的Cu层按质量比为1.5∶0.2∶1组成，其中NbTi合金中Nb与Ti的质量比为54∶46；

步骤三、将10根步骤二中酸洗处理后的NbTi单芯线材3、9根酸洗处理后的MgB₂单芯线材2和1根Cu管1进行组装，得到MgB₂-NbTi装管复合体（其结构示意图如图1所示）；所述MgB₂-NbTi装管复合体由芯材、包覆于芯材外的第一包覆体、包覆于第一包覆体外的第二包覆体以及包覆于第二包覆体外的Cu管1组成，其中芯材为1根NbTi单芯线材3，第一包覆体由3根MgB₂单芯线材2和3根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设，第二包覆体由6根MgB₂单芯线材2和6根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设；所述Cu管1的剩余电阻比≥100，外径为36mm，壁厚为4mm；

步骤四、以20%的道次加工率对步骤三中所述MgB₂-NbTi装管复合体进行4道次的第一拉拔，再以10%的道次加工率对第一拉拔后的MgB₂-NbTi装管复合体进行8道次的第二孔型轧制，并在第二孔型轧制后于550℃保温1.5h进行第一真空退火处理，然后以10%的道次加工率对第一真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行15道次的第二拉拔，并在第二拉拔后于550℃保温1h进行第二真空退火处理，最后以10%的道次加工率对第二真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行第三拉拔，最终得到横截面形状为圆形的MgB₂-NbTi复合线材，其截面直径为1.5mm；

步骤五、将步骤四中所述MgB₂-NbTi复合线材进行1次高温成相处理和3～4次低温时效处理，得到MgB₂-NbTi复合超导线材；所述高温成相处理的具体过程为：在真空度≤1.5Pa的条件下，将MgB₂-NbTi复合线材以20℃/min的升温速率升温至650℃后保温2h，然后自然冷却至25℃室温，所述低温时效处理的具体过程为：在真空度≤3×10^-2Pa的条件下，将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材以1℃/min的升温速率升温至420℃后保温35h，然后自然冷却至25℃室温。

本实施例制备的MgB₂-NbTi复合超导线材在20K，1T时，临界电流密度Jc达到4.1×10⁴A/cm²，在4.2K，6T时，临界电流密度Jc达到1.1×10⁵A/cm²，屈服强度R_p0.2达到136MPa。由此证实本实施例制备的MgB₂-NbTi复合线材具有优异的超导性能，具有广泛的应用前景。

实施例3

规格为Ф1.3mm的MgB₂-NbTi复合超导线材的制备：

步骤一、制备MgB₂单芯线材2，具体过程为：

步骤101、按照Mg∶B∶（Ti+C）=1.05∶3.88∶0.12的原子比称取Mg粉、B粉和TiC粉，混合均匀后压制成形，得到粉末压坯；

步骤102、在氢氩混合气氛的保护下，将步骤101中所述粉末压坯在温度为950℃的条件下保温2.5h进行高温热处理，然后自然冷却至25℃室温；所述氢氩混合气氛中氢气与氩气的体积比为8∶92；

步骤103、将步骤102中高温热处理后的粉末压坯依次进行破碎、研磨和筛分处理，然后向筛分处理后的粉末压坯中补加Mg粉，混合均匀后得到原子比Mg∶B∶（Ti+C）=2.06∶3.88∶0.12的前驱粉；

步骤104、将步骤103中所述前驱粉装入Fe管中，得到MgB₂装管复合体；

步骤105、以11%的道次加工率对步骤104中所述MgB₂装管复合体进行第一孔型轧制，得到截面边长为2.5mm的正六边形MgB₂单芯线材2；

步骤二、将截面边长为2.5mm的正六边形NbTi单芯线材3和步骤105中所述MgB₂单芯线材2均依次进行1.5m定尺、截断和酸洗处理，使NbTi单芯线材3与MgB₂单芯线材2的形状和尺寸均相同；所述NbTi单芯线材3由NbTi合金、包覆于NbTi合金外的Nb层和包覆于Nb层外的Cu层按质量比为1.2∶0.15∶1组成，其中NbTi合金中Nb与Ti0的质量比为52∶48；

步骤三、将10根步骤二中酸洗处理后的NbTi单芯线材3、9根酸洗处理后的MgB₂单芯线材2和1根Cu管1进行组装，得到MgB₂-NbTi装管复合体（其结构示意图如图2所示）；所述MgB₂-NbTi装管复合体由芯材、包覆于芯材外的第一包覆体、包覆于第一包覆体外的第二包覆体以及包覆于第二包覆体外的Cu管1组成，其中芯材为1根NbTi单芯线材3，第一包覆体由3根MgB₂单芯线材2和3根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设，第二包覆体由6根MgB₂单芯线材2和6根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设；所述Cu管1的剩余电阻比≥100，外径为30mm，壁厚为3.5mm；

步骤四、以20%的道次加工率对步骤三中所述MgB₂-NbTi装管复合体进行4道次的第一拉拔，再以10%的道次加工率对第一拉拔后的MgB₂-NbTi装管复合体进行8道次的第二孔型轧制，并在第二孔型轧制后于530℃保温2h进行第一真空退火处理，然后以12%的道次加工率对第一真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行14道次的第二拉拔，并在第二拉拔后于530℃保温0.5h进行第二真空退火处理，最后以12%的道次加工率对第二真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行第三拉拔，最终得到横截面形状为圆形的MgB₂-NbTi复合线材，其截面直径为1.3mm；

步骤五、将步骤四中所述MgB₂-NbTi复合线材进行1次高温成相处理和4次低温时效处理，得到MgB₂-NbTi复合超导线材；所述高温成相处理的具体过程为：在真空度≤1.4Pa的条件下，将MgB₂-NbTi复合线材以15℃/min的升温速率升温至630℃后保温2h，然后自然冷却至25℃室温，所述低温时效处理的具体过程为：在真空度≤4×10^-2Pa的条件下，将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材以1℃/min的升温速率升温至400℃后保温40h，然后自然冷却至25℃室温。

本实施例制备的MgB₂-NbTi复合超导线材在20K，1T时，临界电流密度Jc达到5.3×10⁴A/cm²，4.2K，6T时，临界电流密度Jc达到1.6×10⁵A/cm²，屈服强度R_p0.2达到139MPa。由此证实本实施例制备的MgB₂-NbTi复合线材具有优异的超导性能，具有广泛的应用前景。

实施例4

规格为Ф1.3mm的MgB₂-NbTi复合超导线材的制备：

步骤一、制备MgB₂单芯线材2，具体过程为：

步骤101、按照Mg∶B∶（Ti+C）=1.05∶3.88∶0.12的原子比称取Mg粉、B粉和TiC粉，混合均匀后压制成形，得到粉末压坯；

步骤102、在氢氩混合气氛的保护下，将步骤101中所述粉末压坯在温度为1000℃的条件下保温2h进行高温热处理，然后自然冷却至25℃室温；所述氢氩混合气氛中氢气与氩气的体积比为6:94；

步骤103、将步骤102中高温热处理后的粉末压坯依次进行破碎、研磨和筛分处理，然后向筛分处理后的粉末压坯中补加Mg粉，混合均匀后得到原子比Mg∶B∶（Ti+C）=2.06∶3.88∶0.12的前驱粉；

步骤104、将步骤103中所述前驱粉装入Fe管中，得到MgB₂装管复合体；

步骤105、以10%的道次加工率对步骤104中所述MgB₂装管复合体进行第一孔型轧制，得到截面边长为2.5mm的正六边形MgB₂单芯线材2；

步骤二、将截面边长为2.5mm的正六边形NbTi单芯线材3和步骤105中所述MgB₂单芯线材2均依次进行1.5m定尺、截断和酸洗处理，使NbTi单芯线材3与MgB₂单芯线材2的形状和尺寸均相同；所述NbTi单芯线材3由NbTi合金、包覆于NbTi合金外的Nb层和包覆于Nb层外的Cu层按质量比为1∶0.1∶1组成，其中NbTi合金中Nb与Ti的质量比为54∶46；

步骤三、将10根步骤二中酸洗处理后的NbTi单芯线材3、9根酸洗处理后的MgB₂单芯线材2和1根Cu管1进行组装，得到MgB₂-NbTi装管复合体（其结构示意图如图2所示）；所述MgB₂-NbTi装管复合体由芯材、包覆于芯材外的第一包覆体、包覆于第一包覆体外的第二包覆体以及包覆于第二包覆体外的Cu管1组成，其中芯材为1根NbTi单芯线材3，第一包覆体由3根MgB₂单芯线材2和3根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设，第二包覆体由6根MgB₂单芯线材2和6根NbTi单芯线材3组成，且MgB₂单芯线材2和NbTi单芯线材3呈交错布设；所述Cu管1的剩余电阻比≥100，外径为31mm，壁厚为4mm；

步骤四、以15%的道次加工率对步骤三中所述MgB₂-NbTi装管复合体进行4道次的第一拉拔，再以12%的道次加工率对第一拉拔后的MgB₂-NbTi装管复合体进行9道次的第二孔型轧制，并在第二孔型轧制后于550℃保温1.5h进行第一真空退火处理，然后以10%的道次加工率对第一真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行16道次的第二拉拔，并在第二拉拔后于550℃保温1h进行第二真空退火处理，最后以10%的道次加工率对第二真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行第三拉拔，最终得到横截面形状为圆形的MgB₂-NbTi复合线材，其截面直径为1.3mm；

步骤五、将步骤四中所述MgB₂-NbTi复合线材进行1次高温成相处理和4次低温时效处理，得到MgB₂-NbTi复合超导线材；所述高温成相处理的具体过程为：在真空度≤2Pa的条件下，将MgB₂-NbTi复合线材以10℃/min的升温速率升温至620℃后保温3h，然后自然冷却至25℃室温，所述低温时效处理的具体过程为：在真空度≤5×10^-2Pa的条件下，将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材以1℃/min的升温速率升温至400℃后保温36h，然后自然冷却至25℃室温。

本实施例制备的MgB₂-NbTi复合超导线材在20K，1T时，临界电流密度Jc达到5.5×10⁴A/cm²，在4.2K，6T时，临界电流密度Jc达到1.3×10⁵A/cm²，屈服强度R_p0.2达到141MPa。由此证实本实施例制备的MgB₂-NbTi复合线材具有优异的超导性能，具有广泛的应用前景。

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、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、制备MgB₂单芯线材（2），具体过程为：

步骤101、按照Mg∶B∶（Ti+C）=1.05∶（4-x）∶x的原子比称取Mg粉、B粉和TiC粉，混合均匀后压制成形，得到粉末压坯，其中x满足：0.08≤x≤0.16；

步骤102、在氢氩混合气氛的保护下，将步骤101中所述粉末压坯在温度为900℃～1000℃的条件下保温2h～3h进行高温热处理；

步骤103、将步骤102中高温热处理后的粉末压坯依次进行破碎、研磨和筛分处理，然后向筛分处理后的粉末压坯中补加Mg粉，混合均匀后得到原子比Mg∶B∶（Ti+C）=2.06∶（4-x）∶x的前驱粉；

步骤104、将步骤103中所述前驱粉装入Fe管中，得到MgB₂装管复合体；

步骤105、将步骤104中所述MgB₂装管复合体进行第一孔型轧制，得到MgB₂单芯线材（2）；

步骤二、将NbTi单芯线材（3）和步骤105中所述MgB₂单芯线材（2）均依次进行定尺、截断和酸洗处理，经酸洗处理后的NbTi单芯线材（3）的形状和尺寸均与酸洗处理后的MgB₂单芯线材（2）相同；所述NbTi单芯线材（3）由NbTi合金、包覆于NbTi合金外的Nb层和包覆于Nb层外的Cu层组成，其中NbTi合金中Nb的质量百分含量为50%～54%，余量为Ti；

步骤三、将10根步骤二中酸洗处理后的NbTi单芯线材（3）、9根酸洗处理后的MgB₂单芯线材（2）和1根Cu管（1）进行组装，得到MgB₂-NbTi装管复合体；所述MgB₂-NbTi装管复合体由芯材、包覆于芯材外的第一包覆体、包覆于第一包覆体外的第二包覆体以及包覆于第二包覆体外的Cu管（1）组成，其中芯材为1根NbTi单芯线材（3），第一包覆体由3根MgB₂单芯线材（2）和3根NbTi单芯线材（3）组成，且MgB₂单芯线材（2）和NbTi单芯线材（3）呈交错布设，第二包覆体由6根MgB₂单芯线材（2）和6根NbTi单芯线材（3）组成，且MgB₂单芯线材（2）和NbTi单芯线材（3）呈交错布设；

步骤四、以15%～20%的道次加工率对步骤三中所述MgB₂-NbTi装管复合体进行4～5道次的第一拉拔，再以10%～12%的道次加工率对第一拉拔后的MgB₂-NbTi装管复合体进行7～9道次的第二孔型轧制，并在第二孔型轧制后进行第一真空退火处理，然后以10%～12%的道次加工率对第一真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行12～16道次的第二拉拔，并在第二拉拔后进行第二真空退火处理，最后以10%～12%的道次加工率对第二真空退火处理后的MgB₂-NbTi装管复合体进行第三拉拔，最终得到横截面形状为圆形的MgB₂-NbTi复合线材，其横截面直径为1.2mm～1.5mm；

步骤五、将步骤四中所述MgB₂-NbTi复合线材进行一次高温成相处理，然后将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材进行多次低温时效处理，得到MgB₂-NbTi复合超导线材；所述高温成相处理的具体过程为：将MgB₂-NbTi复合线材以10℃/min～20℃/min的升温速率升温至600℃～650℃后保温2h～3h，然后自然冷却至25℃室温，每次低温时效处理的具体过程均为：将高温成相处理后的MgB₂-NbTi复合线材以1℃/min～3℃/min的升温速率升温至380℃～420℃后保温30h～40h，然后自然冷却至25℃室温。

2.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤102中所述氢氩混合气氛中氢气的体积百分含量为4%～8%，余量为氩气。

3.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤105中所述第一孔型轧制的道次加工率为10%～12%。

4.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤105中所述MgB₂单芯线材（2）与步骤二中所述NbTi单芯线材（3）均为正六边形线材，其横截面边长均为2mm～3mm。

5.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述NbTi单芯线材（3）中NbTi合金、Nb和Cu的质量比为（0.9～1.5）∶（0.1～0.2）∶1。

6.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述Cu管（1）的剩余电阻比≥100。

7.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述Cu管（1）的外径为24mm～36mm，所述Cu管（1）的壁厚为3mm～4mm。

8.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述第一真空退火处理和第二真空退火处理的温度均为500℃～550℃，所述第一真空退火处理和第二退火处理的时间均为0.5h～2h。

9.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述高温成相处理在真空度≤2Pa的条件下进行，所述低温时效处理在真空度≤5×10^-2Pa的条件下进行。

10.根据权利要求1所述的一种MgB₂-NbTi复合超导线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述低温时效处理的次数为3次或4次。

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