CN104200926A

CN104200926A - 一种千米级MgB2超导线材的制备方法

Info

Publication number: CN104200926A
Application number: CN201410493743.7A
Authority: CN
Inventors: 冯建情; 闫果; 张平祥; 李成山; 王庆阳; 刘国庆; 熊晓梅; 杨芳; 贾佳林; 冯勇
Original assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Current assignee: Northwest Institute for Non Ferrous Metal Research
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2014-09-24
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2034-09-24
Also published as: CN104200926B

Abstract

本发明公开了一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，该方法为：一、制备前驱粉末；二、将前驱粉末装入铌管中，再将铌管装入第一无氧铜管中，得到装管复合体，轧制后得到单芯线材；三、将单芯线材进行矫直、定尺和截断，密封后进行酸洗和烘干；四、二次组装，得到二次复合体；五、将二次复合体进行超声波振动拉拔，得到多芯线材；六、将多芯线材进行热处理，得到千米级MgB₂超导线材。本发明将超声波振动拉拔工艺引入到千米级MgB₂超导线材的生产制备过程中，通过超声波振动的作用改善千米级多芯MgB₂超导线材在拉拔加工过程中的不均匀性，从而提高MgB₂线材超导性能和机械性能，该方法具有简单可行，高效易操作易控制的优点。

Description

一种千米级MgB2超导线材的制备方法

技术领域

本发明属于超导线材制备技术领域，具体涉及一种千米级MgB₂超导线材的制备方法。

背景技术

二硼化镁(MgB₂)超导体由于具有简单的晶体结构，相对较高的超导临界转变温度，高的临界电流密度，大的相干长度和较低的制备成本等特性，在制冷机工作温区(10K～20K)、中低磁场(0.6T～3T)条件下的超导磁共振成像系统(MRI)等应用领域具有明显的优势。粉末套管技术(Power-in-Tube，PIT)是MgB₂线材的主要制备技术，利用PIT工艺制备MgB₂线材的过程是金属包套和前驱粉末组成的复合体同时变形的过程。MgB₂线材要经过多道次拉拔加工才能达到满足需要的尺寸要求，每道次的拉拔都会产生显著的应力波动。同时，在流变应力作用下，包套材料的微观组织由于位错分布状态、位错滑移等容易引起微观组织的不均匀性，这些都会影响超导线材在长度方向的均匀性，从而导致MgB₂线材超导性能的整体下降，影响了线材的实际应用。常规拉拔加工过程中，复合线材在拉丝模的变形区和定径区域内由于变形剧烈、变形力和摩擦力较大，容易出现断线现象或者在线材表面及内部出现缺陷。

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中的不足，提供一种千米级MgB₂超导线材的制备方法。该方法将超声波振动拉拔工艺引入到千米级MgB₂超导线材的生产制备过程中，通过超声波振动的作用改善千米级多芯MgB₂超导线材在拉拔加工过程中的不均匀性，从而提高MgB₂线材超导性能和机械性能，该方法具有简单可行，高效易操作易控制的优点，适合于大规模工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种千米级MgB₂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、在氩气气氛保护条件下将无定形硼粉、镁粉和纳米TiC粉末按照Mg:B:TiC＝1:(2-x):x的原子数比进行配料，然后研磨混合均匀后得到前驱粉末；所述x的取值为0.02～0.10，所述纳米TiC粉末的原子数以Ti和C的总原子数计；

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入经酸洗处理后的铌管中，再将装有前驱粉末的铌管装入经酸洗处理后的第一无氧铜管中，得到装管复合体，然后对所述装管复合体进行轧制，得到具有圆形截面的单芯线材；所述圆形截面的直径为7mm～10mm，所述轧制的道次加工率为10％～20％；

步骤三、将步骤二中所述单芯线材依次进行矫直、定尺和截断，对截断后的单芯线材的两端进行密封，将密封后的单芯线材进行酸洗和烘干；

步骤四、将6根步骤三中烘干后的单芯线材和1根Nb/Cu复合棒置于第二无氧铜管中进行二次组装，得到二次复合体，所述二次组装的具体过程为：将1根Nb/Cu复合棒置于第二无氧铜管的中心，将6根单芯线材围绕1根Nb/Cu复合棒排成圆环状结构装入第二无氧铜管中；所述Nb/Cu复合棒中Nb和Cu的质量比为1:(0.8～1.2)；

步骤五、将步骤四中所述二次复合体在振动频率为10KHz～40KHz，振动幅值为5μm～30μm，拉拔速度为0.1m/s～0.6m/s的条件下进行超声波振动拉拔，得到直径为1.0mm～1.4mm，长度不低于1000m的多芯线材；所述超声波振动拉拔的道次加工率为5％～15％；

步骤六、将步骤五中所述多芯线材置于真空炉中，在真空度为2Pa～5Pa，升温速率为10℃/min～20℃/min的条件下对多芯线材进行热处理，然后在冷却速率为10℃/min～20℃/min的条件下将热处理后的多芯线材降温至室温，得到千米级MgB₂超导线材；所述热处理的温度为650℃～680℃，时间为0.5h～3h。

上述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无定形硼粉的质量纯度不小于99.99％，所述镁粉的质量纯度不小于99.8％，镁粉的粒度为-200目，所述纳米TiC粉末的质量纯度不小于99％。

上述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述酸洗和烘干的具体过程为：将密封后的单芯线材浸泡在质量浓度为8％～12％的稀硝酸中5min～15min后取出，用水冲洗单芯线材内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的单芯线材用无水乙醇脱水后烘干。

上述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中对二次组装前的第二无氧铜管进行酸洗和烘干，所述酸洗和烘干的具体过程为：将第二无氧铜管浸泡在质量浓度为8％～12％的稀硝酸中5min～15min后取出，用水冲洗第二无氧铜管内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的第二无氧铜管用无水乙醇脱水后烘干。

上述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述Nb/Cu复合棒的直径与单芯线材的直径相同。

上述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述振动频率为10KHz～30KHz，振动幅值为5μm～25μm，拉拔速度为0.2m/s～0.4m/s。

上述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，所述振动频率为20KHz，振动幅值为20μm，拉拔速度为0.3m/s。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的方法将超声波振动拉拔工艺引入到千米级MgB₂超导线材的生产制备过程中，通过超声波振动的作用改善千米级多芯MgB₂超导线材在拉拔加工过程中的不均匀性，从而提高MgB₂线材超导性能和机械性能，该方法具有简单可行，高效易操作易控制的优点，适合于大规模工业化生产。

2、本发明中采用的超声波振动拉拔工艺过程能够有效地解决现有技术中拉拔加工时复合线材在拉丝模具的变形区和定径区域内由于变形剧烈、变形力和摩擦力较大，容易出现断线或者在线材表面及内部出现缺陷的问题，这是因为超声波振动拉拔工艺过程能够明显减小拉拔时复合线材受到的流动应力，降低拉拔力和摩擦力，减少复合线材中金属丝的不均匀变形，改善金属丝的机械性能和表面质量等特性，使得复合线材在拉拔时的断线率降低，同时能够降低拉拔模具的磨损，提高拉拔模具的使用寿命。

3、本发明的方法能够用于生产千米级的MgB₂超导线材，得到的成品线材的长度可以达到1000～2000m，直径可以达到1.0mm～1.4mm，且具有优良的导电性能和机械性能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明中二次复合体的结构示意图。

图2为超声波振动拉拔装置的结构示意图。

图3为超声波振动系统的结构示意图。

附图标记说明:

1—单芯线材； 2—Nb/Cu复合棒； 3—第二无氧铜管；

4—拉床； 5—二次复合体； 6—收线轮；

7—放线轮； 8—超声波振动系统； 9—超声波发生器；

10—机电换能器； 11—变幅杆； 12—拉丝模具。

具体实施方式

如图2和图3所示，本发明中采用的超声振动拉拔装置包括拉床4、超声波振动系统8、放线轮7和收线轮6，所述超声波振动系统8包括超声波发生器9，与超声波发生器9通过电缆相连接的机电换能器10，和与机电换能器10相连接的变幅杆11，所述变幅杆11和与拉床4配合使用的拉丝模具12相连接，所述超声波振动拉拔的具体过程为：超声波发生器9产生高频交流电流，通过电缆将电信号传输至机电换能器10，机电换能器10将接收到的电信号转换成高频超声波机械振动信号后传输至变幅杆11，变幅杆11将接收到的振动信号改变振幅后再传递给拉丝模具12，通过拉床4、超声波振动系统8、放线轮7和收线轮6的协同配合作用进行超声波振动拉拔过程。

实施例1

本实施例制备千米级MgB₂超导线材的方法包括以下步骤：

步骤一、在氩气气氛保护条件下将无定形硼粉、镁粉和纳米TiC粉末按照Mg:B:TiC＝1:1.98:0.02的原子数比进行配料，然后研磨混合均匀后得到前驱粉末；所述纳米TiC粉末的原子数以Ti和C的总原子数计，所述无定形硼粉的质量纯度不小于99.99％，所述镁粉的质量纯度不小于99.8％，镁粉的粒度为-200目，所述纳米TiC粉末的质量纯度不小于99％；

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入经酸洗处理后的尺寸为Ф10mm×1mm铌管中，再将装有前驱粉末的铌管装入经酸洗处理后的尺寸为Ф13mm×1mm第一无氧铜管中，得到装管复合体，然后对所述装管复合体进行轧制，得到具有圆形截面的单芯线材1；所述圆形截面的直径为8.6mm，所述轧制的道次加工率依次为20％、15％、15％、15％和10％；

步骤三、将步骤二中所述单芯线材1依次进行矫直、定尺和截断，对截断后的单芯线材1的两端进行密封，将密封后的单芯线材1进行酸洗和烘干；所述酸洗和烘干的具体过程为：将密封后的单芯线材1浸泡在质量浓度为10％的稀硝酸中10min后取出，用水冲洗单芯线材1内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的单芯线材1用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤四、将6根步骤三中烘干后的单芯线材1和1根Nb/Cu复合棒2置于尺寸Ф30mm×1.5mm为第二无氧铜管3中进行二次组装，得到二次复合体5，如图1所示，所述二次组装的具体过程为：将1根Nb/Cu复合棒2置于第二无氧铜管3的中心，将6根单芯线材1围绕1根Nb/Cu复合棒2排成圆环状结构装入第二无氧铜管3中；所述Nb/Cu复合棒2中Nb和Cu的质量比为1:1；对二次组装前的第二无氧铜管3进行酸洗和烘干，所述酸洗和烘干的具体过程为：将第二无氧铜管3浸泡在质量浓度为10％的稀硝酸中10min后取出，用水冲洗第二无氧铜管3内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的第二无氧铜管3用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤五、将步骤四中所述二次复合体5在振动频率为20KHz，振动幅值为20μm，拉拔速度为0.3m/s的条件下进行超声波振动拉拔，得到直径为1.0mm，长度为1900m的多芯线材；所述超声波振动拉拔的具体道次加工率为：先以15％的道次加工率振动拉拔27道次，再以10％的道次加工率振动拉拔19道次，然后以5％的道次加工率振动拉拔8道次，得到直径为1.0mm的多芯线材；

步骤六、将步骤五中所述多芯线材置于真空炉中，在真空度为2Pa，升温速率为10℃/min的条件下对多芯线材进行热处理，然后在冷却速率为10℃/min的条件下将热处理后的多芯线材降温至室温，得到千米级MgB₂超导线材；所述热处理的温度为650℃，时间为3h。

本实施例制备的千米级MgB₂超导线材在20K、3T条件下的临界电流密度(Jc)达到2.05×10⁴A/cm²，室温拉伸测试显示该千米级MgB₂超导线材的屈服强度为109MPa，在100m范围内，选取等距分布的10个点采取四引线测量法测试该千米级MgB₂超导线材在长度方向上临界电流的分布偏差为4.5％。

对比例1

对比例1与实施例1相同，其不同之处在于：步骤五中不对所述二次复合体5进行超声波振动拉拔，而是采用拉床4直接对二次复合体5进行拉拔，得到直径为1.0mm，长度为1900m的多芯线材。

对比例1制备的千米级MgB₂超导线材在20K、3T条件下的临界电流密度(Jc)为1.03×10⁴A/cm²，室温拉伸测试显示该千米级MgB₂超导线材的屈服强度为87MPa，在100m范围内，选取等距分布的10个点采取四引线方法测试该千米级MgB₂超导线材在长度方向上临界电流的分布偏差为7.3％。

对比分析实施例1和对比例1制备的MgB₂超导线材的导电性能、机械性能和临界电流的分布偏差可以看出，实施例1的方法将超声波振动拉拔工艺引入到千米级MgB₂超导线材的生产制备过程中，通过超声波振动的作用改善千米级多芯MgB₂超导线材拉在拔加工过程中的不均匀性，从而提高MgB₂线材超导性能和机械性能，该方法具有简单可行，高效易操作易控制的优点，适合于大规模工业化生产。

实施例2

本实施例制备千米级MgB₂超导线材的方法包括以下步骤：

步骤一、在氩气气氛保护条件下将无定形硼粉、镁粉和纳米TiC粉末按照Mg:B:TiC＝1:1.96:0.04的原子数比进行配料，然后研磨混合均匀后得到前驱粉末；所述纳米TiC粉末的原子数以Ti和C的总原子数计，所述无定形硼粉的质量纯度不小于99.99％，所述镁粉的质量纯度不小于99.8％，镁粉的粒度为-200目，所述纳米TiC粉末的质量纯度不小于99％；

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入经酸洗处理后的尺寸为Ф7.5mm×1mm铌管中，再将装有前驱粉末的铌管装入经酸洗处理后的尺寸为Ф10mm×1mm第一无氧铜管中，得到装管复合体，然后对所述装管复合体进行轧制，得到具有圆形截面的单芯线材1；所述圆形截面的直径为7mm，所述轧制的道次加工率依次为20％、20％、15％和10％；

步骤三、将步骤二中所述单芯线材1依次进行矫直、定尺和截断，对截断后的单芯线材1的两端进行密封，将密封后的单芯线材1进行酸洗和烘干；所述酸洗和烘干的具体过程为：将密封后的单芯线材1浸泡在质量浓度为8％的稀硝酸中15min后取出，用水快速冲洗单芯线材1内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的单芯线材1用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤四、将6根步骤三中烘干后的单芯线材1和1根Nb/Cu复合棒2置于尺寸Ф25mm×1.5mm为第二无氧铜管3中进行二次组装，得到二次复合体5，如图1所示，所述二次组装的具体过程为：将1根Nb/Cu复合棒2置于第二无氧铜管3的中心，将6根单芯线材1围绕1根Nb/Cu复合棒2排成圆环状结构装入第二无氧铜管3中；所述Nb/Cu复合棒2中Nb和Cu的质量比为1:0.8；对二次组装前的第二无氧铜管3进行酸洗和烘干，所述酸洗和烘干的具体过程为：将第二无氧铜管3浸泡在质量浓度为8％的稀硝酸中15min后取出，用水冲洗第二无氧铜管3内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的第二无氧铜管3用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤五、将步骤四中所述二次复合体5在振动频率为10KHz，振动幅值为25μm，拉拔速度为0.2m/s的条件下进行超声波振动拉拔，得到直径为1.2mm，长度为1500m的多芯线材；所述超声波振动拉拔的具体道次加工率为：先以15％的道次加工率振动拉拔25道次，再以10％的道次加工率振动拉拔17道次，然后以5％的道次加工率振动拉拔4道次，得到直径为1.2mm的多芯线材；

步骤六、将步骤五中所述多芯线材置于真空炉中，在真空度为5Pa，升温速率为20℃/min的条件下对多芯线材进行热处理，然后在冷却速率为20℃/min的条件下将热处理后的多芯线材降温至室温，得到千米级MgB₂超导线材；所述热处理的温度为680℃，时间为0.5h。

本实施例制备的千米级MgB₂超导线材在20K、3T条件下的临界电流密度(Jc)达到2.18×10⁴A/cm²，室温拉伸测试显示该千米级MgB₂超导线材的屈服强度为112MPa，在100m范围内，选取等距分布的10个点采取四引线测量法测试该千米级MgB₂超导线材在长度方向上临界电流的分布偏差为4.2％。

实施例3

本实施例制备千米级MgB₂超导线材的方法包括以下步骤：

步骤一、在氩气气氛保护条件下将无定形硼粉、镁粉和纳米TiC粉末按照Mg:B:TiC＝1:1.90:0.10的原子数比进行配料，然后研磨混合均匀后得到前驱粉末；所述纳米TiC粉末的原子数以Ti和C的总原子数计，所述无定形硼粉的质量纯度不小于99.99％，所述镁粉的质量纯度不小于99.8％，镁粉的粒度为-200目，所述纳米TiC粉末的质量纯度不小于99％；

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入经酸洗处理后的尺寸为Ф9.5mm×1mm铌管中，再将装有前驱粉末的铌管装入经酸洗处理后的尺寸为Ф12mm×1mm第一无氧铜管中，得到装管复合体，然后对所述装管复合体进行轧制，得到具有圆形截面的单芯线材1；所述圆形截面的直径为9mm，所述轧制的道次加工率依次为20％、15％、10％和10％；

步骤三、将步骤二中所述单芯线材1依次进行矫直、定尺和截断，对截断后的单芯线材1的两端进行密封，将密封后的单芯线材1进行酸洗和烘干；所述酸洗和烘干的具体过程为：将密封后的单芯线材1浸泡在质量浓度为12％的稀硝酸中5min后取出，用水冲洗单芯线材1内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的单芯线材1用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤四、将6根步骤三中烘干后的单芯线材1和1根Nb/Cu复合棒2置于尺寸Ф31mm×1.5mm为第二无氧铜管3中进行二次组装，得到二次复合体5，如图1所示，所述二次组装的具体过程为：将1根Nb/Cu复合棒2置于第二无氧铜管3的中心，将6根单芯线材1围绕1根Nb/Cu复合棒2排成圆环状结构装入第二无氧铜管3中；所述Nb/Cu复合棒2中Nb和Cu的质量比为1:1.2；对二次组装前的第二无氧铜管3进行酸洗和烘干，所述酸洗和烘干的具体过程为：将第二无氧铜管3浸泡在质量浓度为12％的稀硝酸中5min后取出，用水冲洗第二无氧铜管3内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的第二无氧铜管3用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤五、将步骤四中所述二次复合体5在振动频率为30KHz，振动幅值为5μm，拉拔速度为0.4m/s的条件下进行超声波振动拉拔，得到直径为1.3mm，长度为1400m的多芯线材；所述超声波振动拉拔的具体道次加工率为：先以15％的道次加工率振动拉拔27道次，再以10％的道次加工率振动拉拔16道次，然后以5％的道次加工率振动拉拔5道次，得到直径为1.3mm的多芯线材；

步骤六、将步骤五中所述多芯线材置于真空炉中，在真空度为3Pa，升温速率为15℃/min的条件下对多芯线材进行热处理，然后在冷却速率为15℃/min的条件下将热处理后的多芯线材降温至室温，得到千米级MgB₂超导线材；所述热处理的温度为675℃，时间为1h。

本实施例制备的千米级MgB₂超导线材在20K、3T条件下的临界电流密度(Jc)达到2.15×10⁴A/cm²，室温拉伸测试显示该千米级MgB₂超导线材的屈服强度为115MPa，在100m范围内，选取等距分布的10个点采取四引线测量法测试该千米级MgB₂超导线材在长度方向上临界电流的分布偏差为4.8％。

实施例4

本实施例制备千米级MgB₂超导线材的方法包括以下步骤：

步骤一、在氩气气氛保护条件下将无定形硼粉、镁粉和纳米TiC粉末按照Mg:B:TiC＝1:1.94:0.06的原子数比进行配料，然后研磨混合均匀后得到前驱粉末；所述纳米TiC粉末的原子数以Ti和C的总原子数计，所述无定形硼粉的质量纯度不小于99.99％，所述镁粉的质量纯度不小于99.8％，镁粉的粒度为-200目，所述纳米TiC粉末的质量纯度不小于99％；

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入经酸洗处理后的尺寸为Ф11mm×1mm铌管中，再将装有前驱粉末的铌管装入经酸洗处理后的尺寸为Ф14mm×1mm第一无氧铜管中，得到装管复合体，然后对所述装管复合体进行轧制，得到具有圆形截面的单芯线材1；所述圆形截面的直径为10mm，所述轧制的道次加工率依次为20％、15％、15％和10％；

步骤四、将6根步骤三中烘干后的单芯线材1和1根Nb/Cu复合棒2置于尺寸Ф34mm×1.5mm为第二无氧铜管3中进行二次组装，得到二次复合体5，如图1所示，所述二次组装的具体过程为：将1根Nb/Cu复合棒2置于第二无氧铜管3的中心，将6根单芯线材1围绕1根Nb/Cu复合棒2排成圆环状结构装入第二无氧铜管3中；所述Nb/Cu复合棒2中Nb和Cu的质量比为1:1；对二次组装前的第二无氧铜管3进行酸洗和烘干，所述酸洗和烘干的具体过程为：将第二无氧铜管3浸泡在质量浓度为10％的稀硝酸中10min后取出，用水冲洗第二无氧铜管3内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的第二无氧铜管3用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤五、将步骤四中所述二次复合体5在振动频率为40KHz，振动幅值为30μm，拉拔速度为0.6m/s的条件下进行超声波振动拉拔，得到直径为1.4mm，长度为1000m的多芯线材；所述超声波振动拉拔的具体道次加工率为：先以15％的道次加工率振动拉拔29道次，再以10％的道次加工率振动拉拔14道次，然后以5％的道次加工率振动拉拔4道次，得到直径为1.4mm的多芯线材；

步骤六、将步骤五中所述多芯线材置于真空炉中，在真空度为4Pa，升温速率为12℃/min的条件下对多芯线材进行热处理，然后在冷却速率为10℃/min的条件下将热处理后的多芯线材降温至室温，得到千米级MgB₂超导线材；所述热处理的温度为660℃，时间为2h。

本实施例制备的千米级MgB₂超导线材在20K、3T条件下的临界电流密度(Jc)达到2.26×10⁴A/cm²，室温拉伸测试显示该千米级MgB₂超导线材的屈服强度为116MPa，在100m范围内，选取等距分布的10个点采取四引线测量法测试该千米级MgB₂超导线材在长度方向上临界电流的分布偏差为3.8％。

实施例5

本实施例制备千米级MgB₂超导线材的方法包括以下步骤：

步骤一、在氩气气氛保护条件下将无定形硼粉、镁粉和纳米TiC粉末按照Mg:B:TiC＝1:1.92:0.08的原子数比进行配料，然后研磨混合均匀后得到前驱粉末；所述纳米TiC粉末的原子数以Ti和C的总原子数计，所述无定形硼粉的质量纯度不小于99.99％，所述镁粉的质量纯度不小于99.8％，镁粉的粒度为-200目，所述纳米TiC粉末的质量纯度不小于99％；

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入经酸洗处理后的尺寸为Ф8mm×1mm铌管中，再将装有前驱粉末的铌管装入经酸洗处理后的尺寸为Ф10.5mm×1mm第一无氧铜管中，得到装管复合体，然后对所述装管复合体进行轧制，得到具有圆形截面的单芯线材1；所述圆形截面的直径为8mm，所述轧制的道次加工率依次为16％、12％、11％和10％；

步骤四、将6根步骤三中烘干后的单芯线材1和1根Nb/Cu复合棒2置于尺寸Ф28mm×1.5mm为第二无氧铜管3中进行二次组装，得到二次复合体5，如图1所示，所述二次组装的具体过程为：将1根Nb/Cu复合棒2置于第二无氧铜管3的中心，将6根单芯线材1围绕1根Nb/Cu复合棒2排成圆环状结构装入第二无氧铜管3中；所述Nb/Cu复合棒2中Nb和Cu的质量比为1:1；对二次组装前的第二无氧铜管3进行酸洗和烘干，所述酸洗和烘干的具体过程为：将第二无氧铜管3浸泡在质量浓度为10％的稀硝酸中10min后取出，用水冲洗第二无氧铜管3内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的第二无氧铜管3用无水乙醇脱水后在50℃条件下烘干；

步骤五、将步骤四中所述二次复合体5在振动频率为15KHz，振动幅值为15μm，拉拔速度为0.1m/s的条件下进行超声波振动拉拔，得到直径为1.2mm，长度为1200m的多芯线材；所述超声波振动拉拔的具体道次加工率为：先以15％的道次加工率振动拉拔21道次，再以10％的道次加工率振动拉拔23道次，然后以5％的道次加工率振动拉拔9道次，得到直径为1.2mm的多芯线材；

步骤六、将步骤五中所述多芯线材置于真空炉中，在真空度为3Pa，升温速率为15℃/min的条件下对多芯线材进行热处理，然后在冷却速率为10℃/min的条件下将热处理后的多芯线材降温至室温，得到千米级MgB₂超导线材；所述热处理的温度为670℃，时间为1.5h。

本实施例制备的千米级MgB₂超导线材在20K、3T条件下的临界电流密度(Jc)达到1.96×10⁴A/cm²，室温拉伸测试显示该千米级MgB₂超导线材的屈服强度为120MPa，在100m范围内，选取等距分布的10个点采取四引线测量法测试该千米级MgB₂超导线材在长度方向上临界电流的分布偏差为4.5％。

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，凡是根据本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

1.一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤二、将步骤一中所述前驱粉末装入经酸洗处理后的铌管中，再将装有前驱粉末的铌管装入经酸洗处理后的第一无氧铜管中，得到装管复合体，然后对所述装管复合体进行轧制，得到具有圆形截面的单芯线材(1)；所述圆形截面的直径为7mm～10mm，所述轧制的道次加工率为10％～20％；

步骤三、将步骤二中所述单芯线材(1)依次进行矫直、定尺和截断，对截断后的单芯线材(1)的两端进行密封，将密封后的单芯线材(1)进行酸洗和烘干；

步骤四、将6根步骤三中烘干后的单芯线材(1)和1根Nb/Cu复合棒(2)置于第二无氧铜管(3)中进行二次组装，得到二次复合体(5)，所述二次组装的具体过程为：将1根Nb/Cu复合棒(2)置于第二无氧铜管(3)的中心，将6根单芯线材(1)围绕1根Nb/Cu复合棒(2)排成圆环状结构装入第二无氧铜管(3)中；所述Nb/Cu复合棒(2)中Nb和Cu的质量比为1:(0.8～1.2)；

步骤五、将步骤四中所述二次复合体(5)在振动频率为10KHz～40KHz，振动幅值为5μm～30μm，拉拔速度为0.1m/s～0.6m/s的条件下进行超声波振动拉拔，得到直径为1.0mm～1.4mm，长度不低于1000m的多芯线材；所述超声波振动拉拔的道次加工率为5％～15％；

2.按照权利要求1所述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述无定形硼粉的质量纯度不小于99.99％，所述镁粉的质量纯度不小于99.8％，镁粉的粒度为-200目，所述纳米TiC粉末的质量纯度不小于99％。

3.按照权利要求1所述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述酸洗和烘干的具体过程为：将密封后的单芯线材(1)浸泡在质量浓度为8％～12％的稀硝酸中5min～15min后取出，用水冲洗单芯线材(1)内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的单芯线材(1)用无水乙醇脱水后烘干。

4.按照权利要求1所述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中对二次组装前的第二无氧铜管(3)进行酸洗和烘干，所述酸洗和烘干的具体过程为：将第二无氧铜管(3)浸泡在质量浓度为8％～12％的稀硝酸中5min～15min后取出，用水冲洗第二无氧铜管(3)内外表面去除残留的稀硝酸，然后将冲洗后的第二无氧铜管(3)用无水乙醇脱水后烘干。

5.按照权利要求1所述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述Nb/Cu复合棒(2)的直径与单芯线材(1)的直径相同。

6.按照权利要求1所述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述振动频率为10KHz～30KHz，振动幅值为5μm～25μm，拉拔速度为0.2m/s～0.4m/s。

7.按照权利要求6所述的一种千米级MgB₂超导线材的制备方法，其特征在于，所述振动频率为20KHz，振动幅值为20μm，拉拔速度为0.3m/s。