CN107359017A - 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 - Google Patents
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Abstract
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，通过采用Cu箔卷绕初始晶粒尺寸细小的六方Nb棒或圆Nb棒进行组装、焊接、挤压得到CuNb复合棒，Nb芯丝与周围Cu比例可以达到10以上，可以将Nb含量提高到58％以上，同时避免挤压Nb锭导致Nb棒初始晶粒尺寸粗大，减小组元中Nb芯丝直径，有效提高超导线材后续加工效率，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方法技术领域，具体涉及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。
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。获得稳定的高临界电流密度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制备问题之一。
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。传统方法是将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。但采用该种方法很难精确控制CuNb单芯棒表面的Cu层厚度，往往造成单芯棒的Cu/Nb比较高，导致复合棒中的Nb含量很难提高，相应的临界电流无法获得有效提高；同时由于挤压过程中很难均匀的控制Nb棒中的晶粒尺寸，从而降低了线材加工的成品率。
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，Nb芯丝尺寸较大，超导线材性能偏低和长线加工困难的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用高Nb含量CuNb复合棒的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤1：将无氧铜锭加工成无氧铜箔，然后对其进行酸洗清洗表面；
步骤2：采用清洁后的无氧铜箔均匀卷绕在Nb棒上制成CuNb单芯棒，再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3规格相同的六方无氧铜棒，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的CuNb复合包套加热至550℃～650℃，保温1-4小时后等静压、挤压得到CuNb复合棒，即得。
所述步骤1)中无氧铜箔厚度为0.01～0.2mm。
所述步骤2)Nb棒为圆形或六方形，圆形Nb棒直径Φ3～12mm，六方形Nb棒对边长度H＝3～12mm。
所述步骤2)无氧铜包套直径为Φ100～400mm。
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。
本发明采用铜箔卷绕铌棒，进行组装，通过热挤压后，可以获得含Nb量较高(58％以上)的CuNb多芯复合棒。通过该方法，在保证导线内部Nb芯丝周围包裹适量的铜外，可以有效提高多芯复合棒中的Nb含量，进一步提高Nb3Sn导线在高场中的临界电流，Nb芯丝与周围Cu比例可以达到10以上，同时避免挤压Nb锭导致Nb棒初始晶粒尺寸粗大，减小组元中Nb芯丝直径，有效提高超导线材后续加工效率，降低了加工过程的质量风险。同时该方法适用减小初次组装的CuNb棒芯丝尺寸，获得Nb芯数更多的复合棒。
附图说明
图1是本发明实施例1CuNb复合包套的截面示意图，
图2是本发明实施例2CuNb复合包套的截面示意图，
图3是本发明实施例1六方形Nb棒卷绕无氧铜箔组装局部放大图，
图4是本发明实施例2圆形Nb棒卷绕无氧铜箔组装局部放大图。
图中：1、无氧铜箔，2、Nb棒、3、CuNb单芯棒，4、无氧铜棒，5、无氧铜包套。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1：
步骤1：将无氧铜锭加工成厚度为0.1mm的无氧铜箔，然后对其进行酸洗清洗表面；
步骤2：参见图1，3，采用清洁后的无氧铜箔1均匀卷绕在对边长度为4mm的六方形Nb棒2上制成CuNb单芯棒3，再按六方排布堆垛装入直径为Φ150mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的六方无氧铜棒4，其中CuNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：0.8，然后两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的CuNb复合包套加热至580℃，保温2小时后等静压、挤压得到CuNb复合棒，即得。
实施例2：
步骤1：将无氧铜锭加工成厚度为0.1mm的无氧铜箔，然后对其进行酸洗清洗表面；
步骤2：参见图2，4，采用清洁后的无氧铜箔1均匀卷绕在直径为9mm的圆形Nb棒2上制成CuNb单芯棒3，再按六方排布堆垛装入直径为Φ300mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的六方无氧铜棒4，其中CuNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：1，然后两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的CuNb复合包套加热至650℃，保温1小时后等静压、挤压得到CuNb复合棒，即得。
实施例3：
步骤1：将无氧铜锭加工成厚度为0.1mm的无氧铜箔，然后对其进行酸洗清洗表面；
步骤2：采用清洁后的无氧铜箔1均匀卷绕在对边长度为12mm的六方形Nb棒2上制成CuNb单芯棒3，再按六方排布堆垛装入直径为Φ270mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的六方无氧铜棒4，其中CuNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：1.5，然后两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的CuNb复合包套加热至550℃，保温4小时后等静压、挤压得到CuNb复合棒，即得。
实施例4：
步骤1：将无氧铜锭加工成厚度为0.01mm的无氧铜箔，然后对其进行酸洗清洗表面；
步骤2：采用清洁后的无氧铜箔1均匀卷绕在对边长度为3mm的六方形Nb棒2上制成CuNb单芯棒3，再按六方排布堆垛装入直径为Φ100mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的六方无氧铜棒4，其中CuNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：1.2，然后两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的CuNb复合包套加热至600℃，保温3小时后等静压、挤压得到CuNb复合棒，即得。
实施例5：
步骤1：将无氧铜锭加工成厚度为0.2mm的无氧铜箔，然后对其进行酸洗清洗表面；
步骤2：采用清洁后的无氧铜箔1均匀卷绕在直径为12mm的圆形Nb棒2上
制成CuNb单芯棒3，再按六方排布堆垛装入直径为Φ400mm的无氧铜包套5中，中心区域摆放与CuNb单芯棒3规格相同的六方无氧铜棒4，其中CuNb单芯棒3与无氧铜棒4的数量比为1：1.4，然后两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的CuNb复合包套加热至620℃，保温2小时后等静压、挤压得到CuNb复合棒，即得。
Claims (5)
1.一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用高Nb含量CuNb复合棒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将无氧铜锭加工成无氧铜箔，然后对其进行酸洗清洗表面；
步骤2：采用清洁后的无氧铜箔均匀卷绕在Nb棒上制成CuNb单芯棒，再按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，中心区域摆放与CuNb单芯棒规格相同的六方无氧铜棒，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3：将步骤2得到的CuNb复合包套加热至550℃～650℃，保温1-4小时后等静压、挤压得到CuNb复合棒，即得。
2.如权利要求1所述的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用高Nb含量CuNb复合棒的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中无氧铜箔厚度为0.01～0.2mm。
3.如权利要求1所述的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用高Nb含量CuNb复合棒的制备方法，其特征在于，所述步骤2)Nb棒为圆形或六方形，圆形Nb棒直径Φ3～12mm，六方形Nb棒对边长度H＝3～12mm。
4.如权利要求1所述的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用高Nb含量CuNb复合棒的制备方法，其特征在于，所述步骤2)无氧铜包套直径为Φ100～400mm。
5.如权利要求1所述的高临界电流密度Nb3Sn超导线材用高Nb含量CuNb复合棒的制备方法，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。
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