CN107393653A - 一种提高MgB2线材性能的制备方法 - Google Patents

一种提高MgB2线材性能的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107393653A
CN107393653A CN201710534985.XA CN201710534985A CN107393653A CN 107393653 A CN107393653 A CN 107393653A CN 201710534985 A CN201710534985 A CN 201710534985A CN 107393653 A CN107393653 A CN 107393653A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
wire rod
mgb
preparation
compactness
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.)
Pending
Application number
CN201710534985.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李超
张平祥
冯勇
刘向宏
闫果
潘熙锋
王大友
梁琛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Western Superconducting Technologies Co Ltd
Original Assignee
Western Superconducting Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Western Superconducting Technologies Co Ltd filed Critical Western Superconducting Technologies Co Ltd
Priority to CN201710534985.XA priority Critical patent/CN107393653A/zh
Publication of CN107393653A publication Critical patent/CN107393653A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01B12/04—Single wire
    • 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

  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

本发明涉及一种提高MgB2线材性能的制备方法。该方法首先，将Mg粉和B粉混合后装入Cu管，随后将Cu/Mg‑B复合体放入通有脉冲电流的超导螺线管线圈中，利用脉冲电流所产生的周期性变化洛伦兹力对Mg‑B粉体进行预处理；然后将处理后的Cu/Mg‑B复合棒加工成线材；最后，将获得的线材放入热处理炉中，在真空或惰性气氛保护下加热至550℃～900℃，保温0.1～10h，炉冷至室温，即可。本发明充分利用了脉冲电流作用下超导线圈中Cu管的涡流效应对镁粉及硼粉的径向压力作用，获得了混合均匀、致密性更高的Mg‑B粉末复合体，随后加工成线材，有效解决了常规粉末装管工艺中由于粉体中空气的存在对MgB2线材致密性的影响。

Description

一种提高MgB2线材性能的制备方法
技术领域
本发明属于超导线材制造技术领域，具体涉及一种提高MgB2线材性能的制备方法。
背景技术
近年来，随着Bi系、Y系和二硼化镁(MgB2)为代表的高温超导材料的兴起，高温超导材料的研发取得了突破性进展。相比于低温超导，高温超导以其优越的临界载流能力、热磁稳定性、相对廉价的运行成本受到更多机构、单位及相关研究工作者的青睐。二硼化镁(MgB2)超导体是于2011年发现的临界温度仅为39K的新型超导材料，由于制作成本低廉、各向异性较小、相干长度大、临界温度相对较高等特点，已经应用于MRI磁体、超导电缆、超导电机等领域，有望成为大规模应用的新型超导材料。
MgB2超导线材的主要制备方法有粉末套管法，即PIT(Powder in tube)和连续填充成型法，即CTFF(Continuous Tube Forming Filling)，CTFF需要复杂的设备和工艺，而PIT工艺流程容易控制，成为目前制备MgB2的主要方法。然而，这种方法制备的MgB2线材，临界电流密度都比较低，主要由于粉末装管过程中Mg粉和B粉会大量吸附空气，导致加工过程中气泡的累积，在芯丝内部形成压力，芯丝致密性低，从而造成线材加工过程中容易发生断线，影响线材加工的成品率。通常来讲，提高MgB2线材致密性的主要方法以反复研磨、烧结为主，该方法在一定程度上解决了由于晶粒粗大、晶界面积小等因素导致的MgB2线材性能问题。然而，随着工程实践对线材性能要求的不断提高，获得一种更高载流能力、更加稳定、易于实现、适用性强的MgB2线材制备方法十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够从根本上解决传统粉末套管法制备MgB2线材晶粒粗大、晶界连接差、气泡掺杂、等问题，进一步提高超导线材的致密性，解决线材拉拔过程中因缩孔导致的断线问题的提高MgB2超导线材致密性的制备方法，。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
步骤一：按1：2的原子比取Mg粉和B粉，然后将Mg粉和B粉在气氛保护下充分混合均匀；
步骤二：将混合均匀的Mg-B粉末灌装到无氧铜管中；
步骤三、将Cu/Mg-B复合体放入超导螺线管线圈中，随后利用脉冲电源给线圈提供一个随时间周期变化的电流，经过10-30分钟后获得致密的Cu/Mg-B预制件；
步骤四、将上述Cu/Mg-B预制件加工成线材；
步骤五、将上述获得的线材放入热处理炉中，在550℃～950℃的真空或惰性气氛保护保温0.1～10h，随炉冷却至室温，即获得高密度的MgB2超导线材。
所述步骤一的气氛保护为惰性气氛保护。
所述步骤二中无氧铜管的外径为Φ10～20mm，壁厚为1～5mm，长度为10～1000mm。
所述步骤三中超导螺线管线圈内径为20～30mm，线圈匀场区长度与所需处理的Cu/Mg-B复合体长度一致。
所述的线材加工采用拉拔工艺，道次加工率为5％～10％。
所述的步骤四中线材直径为1.0～2.0mm。
本发明以超导线材制备的粉末套管法为基础，通过利用Cu管在脉冲电流下的涡流效应，产生径向压力使得Mg粉与B粉充分混合，有效的提高了MgB2线材的致密性，预防了传统制备工艺过程中由于气泡掺杂对MgB2线材性能的影响。尤其对MgB2长线的制备提供了新思路。本发明制备的MgB2线材可以大规模应用于MRI超导磁体、储能磁体、变压器等。
具体实施方式
实施例1：
步骤一：按1：2的原子比取Mg粉(Mg，纯度99％，-325目)和无定型B粉(B，纯度95％，100～250nm)，然后将Mg粉和B粉在Ar气氛保护下利用形星式球磨机充分混合均匀；
步骤二：将混合均匀的Mg-B粉末灌装到外径为Φ20mm，壁厚为2.0mm，长度为300mm的无氧铜管中；
步骤三、将Cu/Mg-B复合体放入线圈内径为30mm，线圈匀场区长度为300mm的超导螺线管线圈中，随后利用脉冲电源给线圈提供一个随时间周期变化的电流，经过10分钟后获得致密的Cu/Mg-B预制件；
步骤四、将上述Cu/Mg-B预制件采用拉拔工艺，以8％的道次变形率加工直径为1.0mm的线材，线材长度达到350m，未断线；
步骤五、将上述获得的线材放入热处理炉中，在550℃的真空或惰性气氛保护保温10h，随炉冷却至室温，即获得高密度的MgB2超导线材。
将所获得的线材进行超导性能测试和显微分析，线材超导转变温度Tc达到37K，临界电流密度Jc在20K，自场下达到了3x105A/mm2；微观结构分析显示，超导体内部的孔隙率比普通线材提高了20％。
实施例2：
步骤一：按1：2的原子比取Mg粉(Mg，纯度98％，100μm)和无定型B粉(B，纯度99％，100～150nm)，然后将Mg粉和B粉在Ar气氛保护下利用形星式球磨机充分混合均匀；
步骤二：将混合均匀的Mg-B粉末灌装到外径为Φ20mm，壁厚为5.0mm，长度为1000mm的无氧铜管中；
步骤三、将Cu/Mg-B复合体放入线圈内径为28mm，线圈匀场区长度为1000mm的超导螺线管线圈中，随后利用脉冲电源给线圈提供一个随时间周期变化的电流，经过30分钟后获得致密的Cu/Mg-B预制件；
步骤四、将上述Cu/Mg-B预制件采用拉拔工艺，以10％的道次变形率加工直径为2.0mm的线材，线材长度达到1020m，未断线；
步骤五、将上述获得的线材放入热处理炉中，在950℃的真空或惰性气氛保护保温0.1h，随炉冷却至室温，即获得高密度的MgB2超导线材。
将所获得的线材进行超导性能测试和显微分析，线材超导转变温度Tc达到38K，临界电流密度Jc在20K，自场下达到了1.4x105A/mm2；微观结构分析显示，超导体内部的孔隙率比普通线材提高了12％。
实施例3：
步骤一：按1：2的原子比取Mg粉(Mg，纯度98％，100μm)和无定型B粉(B，纯度99％，100～150nm)，然后将Mg粉和B粉在Ar气氛保护下利用形星式球磨机充分混合均匀；
步骤二：将混合均匀的Mg-B粉末灌装到外径为Φ10mm，壁厚为1.0mm，长度为200mm的无氧铜管中；
步骤三、将Cu/Mg-B复合体放入线圈内径为20mm，线圈匀场区长度为200mm的超导螺线管线圈中，随后利用脉冲电源给线圈提供一个随时间周期变化的电流，经过30分钟后获得致密的Cu/Mg-B预制件；
步骤四、将上述Cu/Mg-B预制件采用拉拔工艺，以10％的道次变形率加工直径为2.0mm的线材，线材长度达到108m，未断线；
步骤五、将上述获得的线材放入热处理炉中，在750℃的真空或惰性气氛保护保温1h，随炉冷却至室温，即获得高密度的MgB2超导线材。
将所获得的线材进行超导性能测试和显微分析，线材超导转变温度Tc达到36K，临界电流密度Jc在20K，自场下达到了2.1x105A/mm2；微观结构分析显示，超导体内部的孔隙率比普通线材提高了16％。
实施例4：
步骤一：按1：2的原子比取Mg粉(Mg，纯度95％，70μm)和晶态B粉(B，纯度95％，100～150nm)，然后将Mg粉和B粉在Ar气氛保护下利用形星式球磨机充分混合均匀；
步骤二：将混合均匀的Mg-B粉末灌装到外径为Φ13mm，壁厚为4.0mm，长度为800mm的无氧铜管中；
步骤三、将Cu/Mg-B复合体放入线圈内径为25mm，线圈匀场区长度为800mm的超导螺线管线圈中，随后利用脉冲电源给线圈提供一个随时间周期变化的电流，经过15分钟后获得致密的Cu/Mg-B预制件；
步骤四、将上述Cu/Mg-B预制件采用拉拔工艺，以8％的道次变形率加工直径为1.5mm的线材，线材长度达到780m，未断线；
步骤五、将上述获得的线材放入热处理炉中，在850℃的真空或惰性气氛保护保温2h，随炉冷却至室温，即获得高密度的MgB2超导线材。
将所获得的线材进行超导性能测试和显微分析，线材超导转变温度Tc达到34K，临界电流密度Jc在20K，自场下达到了1.7x105A/mm2；微观结构分析显示，超导体内部的孔隙率比普通线材提高了28％。
实施例5：
步骤一：按1：2的原子比取Mg粉(Mg，纯度95％，70μm)和晶态B粉(B，纯度95％，100～150nm)，然后将Mg粉和B粉在Ar气氛保护下利用形星式球磨机充分混合均匀；
步骤二：将混合均匀的Mg-B粉末灌装到外径为Φ18mm，壁厚为3.0mm，长度为10mm的无氧铜管中；
步骤三、将Cu/Mg-B复合体放入线圈内径为23mm，线圈匀场区长度为10mm的超导螺线管线圈中，随后利用脉冲电源给线圈提供一个随时间周期变化的电流，经过20分钟后获得致密的Cu/Mg-B预制件；
步骤四、将上述Cu/Mg-B预制件采用拉拔工艺，以5％的道次变形率加工直径为1.8mm的线材，线材长度达到1000m，未断线；
步骤五、将上述获得的线材放入热处理炉中，在650℃的真空或惰性气氛保护保温5h，随炉冷却至室温，即获得高密度的MgB2超导线材。

Claims (6)

1.一种提高MgB2线材性能的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：按1：2的原子比取Mg粉和B粉，然后将Mg粉和B粉在气氛保护下充分混合均匀；
步骤二：将混合均匀的Mg-B粉末灌装到无氧铜管中；
步骤三、将Cu/Mg-B复合体放入超导螺线管线圈中，随后利用脉冲电源给线圈提供一个随时间周期变化的电流，经过10-30分钟后获得致密的Cu/Mg-B预制件；
步骤四、将上述Cu/Mg-B预制件加工成线材；
步骤五、将上述获得的线材放入热处理炉中，在550℃～950℃的真空或惰性气氛保护保温0.1～10h，随炉冷却至室温，即获得高密度的MgB2超导线材。
2.根据权利要求1所述的提高MgB2超导线材致密性的制备方法，其特征在于，所述步骤一的气氛保护为惰性气氛保护。
3.根据权利要求1所述的提高MgB2超导线材致密性的制备方法，其特征在于，所述步骤二中无氧铜管的外径为Φ10～20mm，壁厚为1～5mm，长度为10～1000mm。
4.根据权利要求1所述的提高MgB2超导线材致密性的制备方法，其特征在于，所述步骤三中超导螺线管线圈内径为20～30mm，线圈匀场区长度与所需处理的Cu/Mg-B复合体长度一致。
5.根据权利要求1所述的提高MgB2超导线材致密性的制备方法，其特征在于，所述的线材加工采用拉拔工艺，道次加工率为5％～10％。
6.根据权利要求1所述的提高MgB2超导线材致密性的制备方法，其特征在于，所述的步骤四中线材直径为1.0～2.0mm。
CN201710534985.XA 2017-07-03 2017-07-03 一种提高MgB2线材性能的制备方法 Pending CN107393653A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710534985.XA CN107393653A (zh) 2017-07-03 2017-07-03 一种提高MgB2线材性能的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710534985.XA CN107393653A (zh) 2017-07-03 2017-07-03 一种提高MgB2线材性能的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107393653A true CN107393653A (zh) 2017-11-24

Family

ID=60334408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710534985.XA Pending CN107393653A (zh) 2017-07-03 2017-07-03 一种提高MgB2线材性能的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107393653A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110444336A (zh) * 2018-12-30 2019-11-12 西部超导材料科技股份有限公司 一种采用脉冲电流制备MgB2多芯超导线材的方法
CN110911045A (zh) * 2019-10-24 2020-03-24 中国科学院电工研究所 一种MgB2超导线材及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1411004A (zh) * 2002-12-03 2003-04-16 西北有色金属研究院 一种硼化镁超导线材及其制备方法
CN102982889A (zh) * 2012-11-20 2013-03-20 溧阳市生产力促进中心 MgB2超导线及其制造方法
CN104091651A (zh) * 2014-07-28 2014-10-08 西北有色金属研究院 一种挤压工艺制备多芯MgB2超导线材的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1411004A (zh) * 2002-12-03 2003-04-16 西北有色金属研究院 一种硼化镁超导线材及其制备方法
CN102982889A (zh) * 2012-11-20 2013-03-20 溧阳市生产力促进中心 MgB2超导线及其制造方法
CN104091651A (zh) * 2014-07-28 2014-10-08 西北有色金属研究院 一种挤压工艺制备多芯MgB2超导线材的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李元元: "《新型材料与科学技术 金属材料卷》", 30 September 2012, 华南理工大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110444336A (zh) * 2018-12-30 2019-11-12 西部超导材料科技股份有限公司 一种采用脉冲电流制备MgB2多芯超导线材的方法
CN110911045A (zh) * 2019-10-24 2020-03-24 中国科学院电工研究所 一种MgB2超导线材及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Patel et al. Rational design of MgB2 conductors toward practical applications
JP6105088B2 (ja) ＭｇＢ２超電導線材およびその製造方法
CN102280198B (zh) 一种多芯MgB2超导线/带材的制备方法
CN105304208B (zh) 一种Nb3Al超导线材前驱体的制备方法
JP5097526B2 (ja) ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法
JP2002222619A (ja) 二硼化マグネシウム超伝導線材
CN103633529B (zh) 一种Nb3Al超导接头制备方法
CN101728028B (zh) 原位法制备多芯TiC掺杂MgB2线带材的方法
CN108806880A (zh) 一种基于粉末装管的Nb3Al超导线材的制备方法
CN107393653A (zh) 一种提高MgB2线材性能的制备方法
CA2463963C (en) A method including a heat treatment of manufacturing superconducting wires based on mgb2
CN113963854B (zh) 一种千米级矩形截面MgB2超导线材的制备方法
CN102543304B (zh) 一种MgB2超导线材的制备方法
JP2012074330A (ja) 超電導線材の製造方法、および超電導線材
CN110085367A (zh) 一种磁场下高载流多芯Bi-2223超导带材的制备方法
CN103617860B (zh) 一种Nb3Al超导接头
CN102509907B (zh) 一种NbTi超导体多芯线接头
JP4807240B2 (ja) ＭｇＢ２超電導線材の製造方法
CN1988058A (zh) 一种二硼化镁超导材料及其制备方法
CN103367937B (zh) 一种NbTi超导体多芯线接头的制备方法
CN101872661B (zh) 一种萘掺杂MgB2超导单芯线材的制备方法
CN103928190A (zh) 一种高性能MgB2超导线/带材的制备方法
JP4033375B2 (ja) ＭｇＢ２系超伝導体及びその製造方法
JP2006107841A (ja) 複合シースニホウ化マグネシウム超電導線材とその製造方法
CN102982889B (zh) MgB2超导线及其制造方法

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171124