CN107346683B - 一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法 - Google Patents
一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107346683B CN107346683B CN201710651634.7A CN201710651634A CN107346683B CN 107346683 B CN107346683 B CN 107346683B CN 201710651634 A CN201710651634 A CN 201710651634A CN 107346683 B CN107346683 B CN 107346683B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cunb
- stick
- compound
- jacket
- superconducting wire
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 43
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 20
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 6
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 229910000657 niobium-tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
- H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
- H01B12/10—Multi-filaments embedded in normal conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
- H10N60/0184—Manufacture or treatment of devices comprising intermetallic compounds of type A-15, e.g. Nb3Sn
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法，通过在初始晶粒尺寸细小、均匀的Nb棒表面电镀一定厚度的Cu层，经过组装、焊接、挤压得到CuNb复合棒，简化了CuNb单芯棒的制备流程，避免了由于Nb锭初始晶粒尺寸粗大，挤压后组织不均匀，导致超导线材后续加工过程中拉伸断线、断芯的问题。同时由于采用表面电镀方法，更加准确的控制了CuNb单芯棒中的Cu/Nb原子比，可以有效的、精确控制CuNb复合棒中的Nb含量；同时可以有效减小Nb棒尺寸，减小初始包套尺寸；便于提高CuNb复合包套中的Nb芯丝数，提高导线长线加工率；同时采用直接组装CuNb复合包套，提高了效率，降低了加工过程的质量风险。
Description
技术领域
本发明属于超导材料加工领域，具体涉及一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法。
背景技术
高临界电流密度Nb3Sn超导线材是制造大型粒子加速器的重要材料，目前国际上在各个科学工程中批量交付使用的高临界电流密度Nb3Sn超导线材的Jc在12T，4.2K 条件下可以达到2500A/mm2以上，而未来对性能要求甚至在2500A/mm2以上。如何获得稳定的、高性能的高临界电流密度Nb3Sn长线制备技术和批量化生产能力，是制造大型加速器需要解决的重要基础材料问题之一。
影响Nb3Sn超导线材临界电流密度的主要因素是其超导相含量以及晶界钉扎中心的密度，为了提高Nb3Sn超导线材的载流能力，需要大幅提高线材中的Nb、Sn含量以获得高的Nb3Sn超导相的体积分数。通常可将Nb锭装入Cu包套中焊接、挤压、拉伸得到CuNb单芯棒，再通过组装、焊接、挤压、拉拔等一系列工序得到高Nb含量的CuNb复合棒。但是由于Nb锭初始晶粒尺寸较大，在后续加工过程中难以均匀破碎，导致超导线材拉伸过程中断线和断芯等情况发生，一方面降低了线材加工的成品率，另一方面制约着超导线材载流能力的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决了现有方法制得的CuNb复合棒中Nb含量较低，芯丝尺寸较大，导致组装困难，长线加工成品率低，从而导致超导线材性能偏低问题的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤1：首先，取若干根长度相等的Nb棒并去除表面油污和杂质，然后在其表面电镀Cu箔层得到CuNb单芯棒；
步骤2：将步骤1)的CuNb单芯棒按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，中心区域摆放与CuNb单芯棒规格相同的无氧铜棒，两端加上铜盖用电子束封焊，得到多芯 CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2)得到的多芯CuNb复合包套加热至550℃-650℃，保温1～4小时后挤压得到CuNb复合棒。
所述步骤1)Nb棒为圆形或六方形，圆形Nb棒直径或六方形Nb棒对边长度为 1.5～15mm。
所述步骤1)采用酸洗去除表面油污和杂质。
所述步骤1)电镀Cu箔层厚度为0.001～0.2mm，电镀完后CuNb单芯棒的Cu/Nb 小于等于0.1。
所述步骤2)无氧铜包套直径为Φ80-300mm。
所述步骤2)摆放的CuNb单芯棒与无氧铜棒的数量比为1：0.8-1.5。
本发明通过在初始晶粒尺寸细小、均匀的Nb棒表面电镀Cu层，经过组装、焊接、挤压得到CuNb复合棒，简化了CuNb单芯棒的制备流程，避免了由于Nb锭初始晶粒尺寸粗大，挤压后组织不均匀，导致超导线材后续加工过程中拉伸断线、断芯的问题。同时由于采用表面电镀方法，更加准确的控制了CuNb单芯棒中的Cu/Nb 原子比，可以有效的、精确控制CuNb复合棒中的Nb含量；同时可以有效减小Nb 棒尺寸，减小初始包套尺寸；便于提高CuNb复合包套中的Nb芯丝数，提高导线长线加工率；同时采用直接组装CuNb复合包套，提高了效率，降低了加工过程的质量风险。
附图说明
图1是本发明CuNb单芯棒截面示意图，其中图1a为圆形结构的CuNb单芯棒，图1b为六方形结构的CuNb单芯棒；
图2是本发明六方形结构CuNb复合包套的截面示意图；
图3是本发明圆形结构CuNb复合包套的截面示意图；
图4是表面电镀Cu后六方形结构的CuNb单芯棒组装局部放大图；
图5是表面电镀Cu后圆形结构CuNb单芯棒组装局部放大图；
图6是不同Cu/Nb比条件下对应Nb棒尺寸表面铜箔厚度(R指单芯棒横截面的 Cu/Nb面积比；
图7是CuNb复合棒截面非铜区域示意图；
图8为依照本发明CuNb复合棒随着单芯棒Cu/Nb比下降Nb含量增加的曲线图。
图中，1为铜箔层，2为Nb棒，3为CuNb单芯棒，4为无氧铜棒，5为无氧铜包套。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
步骤1：首先，参见图1b，取对边长度为4mm的六方形的Nb棒2，然后酸洗去除表面油污和杂质，并在其表面电镀厚度为0.05mm的Cu箔层1得到Cu/Nb为0.05 的CuNb单芯棒3；
步骤2：参见图2，图4，将步骤1)的CuNb单芯棒3按六方排布堆垛装入直径Φ150mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的无氧铜棒4， uNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：0.8，两端加上铜盖用电子束封焊，得到多芯CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2)得到的多芯CuNb复合包套加热至580℃，保温2小时后挤压得到CuNb复合棒。
实施例2：
步骤1：参见图1b，首先，取直径为9mm的圆形Nb棒2，然后酸洗去除表面油污和杂质，并在其表面电镀厚度为0.09mm的Cu箔层1得到Cu/Nb等于0.05的CuNb 单芯棒3；
步骤2：参见图3，图5，将步骤1)的CuNb单芯棒3按六方排布堆垛装入直径Φ300mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的无氧铜棒4， uNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：1.0，两端加上铜盖用电子束封焊，得到多芯CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2)得到的多芯CuNb复合包套加热至650℃，保温1小时后挤压得到CuNb复合棒。
实施例3：
步骤1：首先，取对边长度为14mm的六方形的Nb棒2，然后酸洗去除表面油污和杂质，并在其表面电镀厚度为0.14mm的Cu箔层1得到Cu/Nb小于等于0.04 的CuNb单芯棒3；
步骤2：将步骤1)的CuNb单芯棒3按六方排布堆垛装入直径Φ270mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的无氧铜棒4，uNb单芯棒3 与无氧铜棒4的数量比为1：1.5，两端加上铜盖用电子束封焊，得到多芯CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2)得到的多芯CuNb复合包套加热至550℃，保温4小时后挤压得到CuNb复合棒。
实施例4：
步骤1：首先，取对边长度为1.5mm的六方形的Nb棒2，然后酸洗去除表面油污和杂质，并在其表面电镀厚度为0.001mm的Cu箔层1得到Cu/Nb等于0.1的CuNb 单芯棒3；
步骤2：参见图图7，将步骤1)的CuNb单芯棒3按六方排布堆垛装入直径Φ 300mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的无氧铜棒4， uNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：1.2，两端加上铜盖用电子束封焊，得到多芯CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2)得到的多芯CuNb复合包套加热至620℃，保温3小时后挤压得到CuNb复合棒。
按图7的排布方式，由图6可以看出降低单芯棒Cu/Nb比，复合棒中的Nb含量随着Cu/Nb比的降低从42％增加到58％，表明通过该种方法，可以有效降低CuNb 单芯棒中的Cu/Nb比，由图8可以看出同时也会提高复合棒中的Nb含量。
Claims (3)
1.一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：首先，取若干根长度相等的直径或对边长度为1.5～15mm的圆形或六方形Nb棒(2)，酸洗去除表面油污和杂质，在Nb棒表面电镀厚度为0.001～0.2mmCu层(1)，控制CuNb单芯棒(3)的Cu/Nb小于等于0.1，得到CuNb单芯棒(3)；
步骤2：将步骤1的CuNb单芯棒(3)按六方排布堆垛装入无氧铜包套(5)中，中心区域摆放与CuNb单芯棒(3)规格相同的无氧铜棒(4)，两端加上铜盖用电子束封焊，得到多芯CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的多芯CuNb复合包套加热至550℃-650℃，保温1～4小时后挤压得到CuNb复合棒。
2.如权利要求1所述的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法，其特征在于，所述步骤1无氧铜包套(5)直径为Φ80-300mm。
3.如权利要求1所述的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法，其特征在于，所述步骤2摆放的CuNb单芯棒(3)与无氧铜棒(4)的数量比为1：0.8-1.5。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710651634.7A CN107346683B (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710651634.7A CN107346683B (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107346683A CN107346683A (zh) | 2017-11-14 |
| CN107346683B true CN107346683B (zh) | 2019-05-24 |
Family
ID=60257410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710651634.7A Active CN107346683B (zh) | 2017-08-02 | 2017-08-02 | 一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107346683B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110556213A (zh) * | 2018-06-04 | 2019-12-10 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种提高Nb3Sn超导复合线性能的复合棒制备方法 |
| CN111105901B (zh) * | 2019-12-23 | 2022-03-08 | 福建师范大学 | 一种改良型青铜法Nb3Sn超导线材的制备方法 |
| CN116453757B (zh) * | 2023-06-09 | 2023-09-05 | 西安聚能超导线材科技有限公司 | 一种低铜比Nb3Sn超导线材的制备方法 |
| CN117253670B (zh) * | 2023-11-20 | 2024-02-20 | 西安聚能超导线材科技有限公司 | 一种渗氧Nb3Sn超导线材及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1996507A (zh) * | 2006-12-29 | 2007-07-11 | 西北有色金属研究院 | 一种以Cu为基体的多芯Cu/Nb复合管的制备方法 |
| CN101859614B (zh) * | 2010-05-18 | 2012-01-25 | 西部超导材料科技有限公司 | 低温超导线材Cu/Nb多芯复合棒的制备方法 |
| CN104123998B (zh) * | 2014-07-30 | 2017-04-05 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 内锡法Nb3Sn用多芯CuNb复合棒的制备方法 |
| DE102015203305A1 (de) * | 2015-02-24 | 2016-08-25 | Bruker Eas Gmbh | Halbzeugdraht mit PIT-Elementen für einen Nb3Sn-haltigen Supraleiterdraht und Verfahren zur Herstellung des Halbzeugdrahts |
| CN105321626B (zh) * | 2015-11-25 | 2017-03-22 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种低磁滞损耗内锡法制备Nb3Sn超导线材的方法 |
-
2017
- 2017-08-02 CN CN201710651634.7A patent/CN107346683B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107346683A (zh) | 2017-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107346683B (zh) | 一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法 | |
| CN107170526A (zh) | 高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法 | |
| CN102339664B (zh) | 一种以Nb47Ti棒作为添加Ti元素制备高场Nb3Sn超导股线的方法 | |
| CN105513712B (zh) | 一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材的制备方法 | |
| CN101518872B (zh) | 一种Cu/Nb单芯复合线的制备方法 | |
| CN104091651A (zh) | 一种挤压工艺制备多芯MgB2超导线材的方法 | |
| CN114694894B (zh) | 一种短程扩散式Nb3Sn超导线材的制备方法 | |
| CN110556213A (zh) | 一种提高Nb3Sn超导复合线性能的复合棒制备方法 | |
| CN111105901B (zh) | 一种改良型青铜法Nb3Sn超导线材的制备方法 | |
| CN114864177A (zh) | 一种内锡法Nb3Sn前驱体线材的制备方法 | |
| CN115295243B (zh) | 元素掺杂型高临界电流密度的铌三锡超导股线的制备方法 | |
| CN115295242B (zh) | 高临界电流密度的铌三锡超导股线的制备方法 | |
| CN107359017A (zh) | 一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用高Nb含量CuNb复合棒的制备方法 | |
| CN103606423A (zh) | 一种MgB2-NbTi复合超导线材的制备方法 | |
| CN118039243B (zh) | 一种NbTi超导线材及其制备方法 | |
| CN101339829A (zh) | MgB2超导线材的制造方法 | |
| CN113963854B (zh) | 一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法 | |
| JPS6150136B2 (zh) | ||
| CN101509112A (zh) | 一种Cu-Nb复合材料的制备方法 | |
| CN109961901B (zh) | 一种多芯高锡青铜/Nb复合棒的制备方法 | |
| CN113571254B (zh) | 一种超细芯丝多芯MgB2超导线带材的制备方法 | |
| CN107516560A (zh) | 一种新型结构的核聚变用超导导体 | |
| CN114550998A (zh) | 一种提高铌三锡超导线材力学性能的方法 | |
| JP4727914B2 (ja) | Ｎｂ３Ｓｎ超電導線材およびその製造方法 | |
| CN112037996A (zh) | 一种超导线材用CuNb单芯棒的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |