CN110911047B - 一种Bi-2212超导线材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Bi‑2212超导线材的制备方法，具体为先将Bi‑2212前驱粉末装入银管中并拉拔成单芯线，再将单芯线插入异形银管中，得到截面为六方形的六方亚组元；之后对此六方亚组元进行一次组装进银管，多道次拉拔后得到六方多芯线；然后对此六方多芯线进行二次组装进银合金管，多道次拉拔后得到多芯圆线。通过本发明的制备方法获得的Bi‑2212超导线材，其芯丝的不规则变形和桥连现象均得到了较大改善。

Description

一种Bi-2212超导线材的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备工艺技术领域，特别是涉及一种Bi-2212超导线材的制备方法。
背景技术
Bi-2212(各金属元素原子比为Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:1:2)超导材料是一种非常有商业化前景的高温超导体材料，它在低温高场中具有非常高的载流能力，因此主要被应用于制备高场磁体，而高场磁体则被广泛应用于高能物理，化学化工，材料学等基础学科，所以Bi-2212线材对于基础学科和工业的发展有着重要意义。
目前，国际上采用粉末装管法(PIT)来制备以银和银合金为基体的Bi-2212(Bi2Sr2CaCu2Ox) 高温超导线材，此工艺技术已经趋于成熟，并且适合于工业化生产。
Bi-2212超导线材的加工工序包括将前驱粉装入银管后，通过单芯线拉拔、一次组装拉拔、二次组装拉拔加工得到多芯线材。多芯线材拉拔完成后，经过部分熔化热处理后可得到织构良好的最终成品线材。单芯线和一次组装中采用的基体材料是银管，二次组装中采用的基体材料是银合金管。由于粉末和金属银及银合金在拉拔加工过程中的变形行为不同，就很容易出现芯丝变形不规则的现象。特别是在单芯圆线加工成六方线的过程中，超导芯丝也随之变成近六方形并产生形成尖角的趋势，随着后续的组装和不断拉拔，尖角形成的趋势不断增大，甚至刺破芯丝间的银层，发生芯丝桥连的现象。这种不规则的芯丝形状和桥连现象会影响芯丝中Bi-2212超导氧化物的连通性和织构，甚至还会导致线材在拉拔过程中发生断线现象。因此，改进并优化Bi-2212超导线材的加工方法、解决线材的芯丝变形不规则和桥连现象是十分重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种Bi-2212超导线材的制备方法，解决传统粉末装管工艺加工过程中由于芯丝不规则变形而出现尖角，甚至刺破芯丝间的银层而发生桥连的现象。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱粉末装入圆形的纯银管中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，最后制成单芯圆线；
步骤2，将纯银的六方棒以轴线为圆心，在六方棒中心部位加工圆孔，制成外表面为正六边形，内表面为圆形的异形银管，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同；将步骤1中的单芯圆线截成与异形银管等长度，并将其插入异形银管的圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元；
步骤3，将多根步骤2得到的六方亚组元，插入银管包套中进行一次组装，组装后的多芯线进行多道次的拉拔加工后，再进行六方模拉拔整形，制成截面为六边形的六方多芯线；
步骤4，将等长的多根步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线密排，六方纯银线位于密排中心，将密排好的六方多芯线和六方纯银线插入横截面为圆形的银合金管包套中进行二次组装得到多芯棒，对多芯棒进行多道次的拉拔加工，最终制成多芯圆线。
在所述步骤1中，所述纯银管长度为100cm-200cm，内径为30mm-60mm，壁厚为 1mm-3mm。
在所述步骤1中，拉拔加工每道次的加工量为10％-20％。
在所述步骤1中，得到的单芯圆线直径为5-10mm。
在所述步骤2中，异形银管长度为50cm-100cm，对边距为7mm-15mm，圆孔直径为5mm-10mm。
在所述步骤3中，所述六方亚组元的数量为7、19或37。
在所述步骤3中，银管长度为50cm-100cm，内径为50mm-140mm，壁厚为1-3mm。
在所述步骤3中，拉拔加工进行每道次的加工量为10％-20％。
在所述步骤3中，得到的六方多芯线对边距为10mm-20mm。
在所述步骤4中，所述步骤3得到的六方多芯线的数量为6或18。
在所述步骤4中，所述银合金管为Ag-Mn合金、Ag-Mg合金、Ag-Mg-Ni合金或Ag-Cu合金。
在所述步骤4中，所述银合金管的长度为50cm-100cm，内径为30mm-110mm，壁厚为1mm-3mm。
在所述步骤4中，拉拔加工进行每道次的加工量为10％-20％。
在所述步骤4中，得到的最终多芯圆线线材直径为1mm-2mm。
本发明的有益效果是：本发明的Bi-2212超导线材的制备方法，将单芯线插入有圆孔的异形银管，从而制备出六方单芯线，并用其进行一次组装拉拔，之后再二次组装拉拔制备出多芯线。避免了传统方法中圆形单芯线通过六方模拉拔变成六方单芯线时，单芯线中的芯丝也趋向变成六方形，这样就能有效减少了在后续的组装拉拔过程中芯丝变形而出现的不规则尖角以及尖角在拉拔过程中刺破银层与相邻的芯丝连接而发生的桥连现象。
附图说明
图1，步骤1中单芯圆线的横截面结构示意图。
图2，步骤2中异形银管的横截面结构示意图。
图3，步骤2中六方的亚组元的横截面结构示意图。
图4，实施例1中的步骤4中六方多芯线的横截面结构示意图。
图5，实施例1中的步骤4中得到的超导线材的横截面结构示意图。
图6，未使用本发明制备方法制备的超导线材的横截面结构示意图。
具体实施方式
本发明的Bi-2212超导线材制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱粉末装入圆形的纯银管中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，最后制成单芯圆线；其中，银管长度为100cm-200cm，内径为30mm-60mm，壁厚为1mm-3mm；拉拔加工进行每道次的加工量为10％-20％；得到的单芯圆线直径为5-10mm。
步骤2，将纯银的六方棒以轴线为圆心，在六方棒中心部位加工圆孔，制成外表面为正六边形，内表面为圆形的异形银管，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同；将步骤1中的单芯圆线截成与异形银管等长度，并将其插入异形银管的圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元；其中异形银管长度为50cm-100cm，对边距为7mm-15mm，圆孔直径为5mm-10mm。
步骤3，将多根步骤2得到的六方亚组元，插入银管包套中进行一次组装，组装后的多芯线进行多道次的拉拔加工后，再进行六方模拉拔整形，制成截面为六边形的六方多芯线；其中一次组装的六方亚组元的数量为7、19或37；一次组装的银管长度为50cm-100cm，内径为50mm-140mm，壁厚为1-3mm；拉拔加工进行每道次的加工量为10％-20％；六方多芯线对边距为10mm-20mm。
步骤4，将等长的多根步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线密排，六方纯银线位于密排中心，将密排好的六方多芯线和六方纯银线插入横截面为圆形的银合金管包套中进行二次组装得到多芯棒，对多芯棒进行多道次的拉拔加工，最终制成多芯圆线。密排的六方多芯线的数量为6或18；银合金管为Ag-Mn(银锰)合金或Ag-Mg(银镁)合金或Ag-Mg-Ni(银镁镍)合金或Ag-Cu(银铜)合金；银合金管的长度为50cm-100cm，内径为30mm-110mm，壁厚为1mm-3mm；拉拔加工进行每道次的加工量为10％-20％；得到的最终的多芯圆线线材直径为1mm-2mm。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案，作进一步地详细说明。
实施例1
本发明的一种Bi-2212超导线材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱体粉末1装入长度为150cm，内径为40mm，壁厚为2mm的圆形的纯银管2中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，道次加工量为15％，制成直径为5mm单芯圆线3；
步骤2，将长度为60cm，对边距为8mm的纯银六方棒沿轴线钻圆孔，制成外表面为六边形，内表面为圆形的异形银管4，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同。然后将步骤1中的单芯圆线截成与异形银管同样长度，并将其插入圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元5；
步骤3，将步骤2得到的六方亚组元截成等长的亚组元线段，然后将37根相同长度的亚组元线段密排，然后插入长度为60cm，内径为60mm，壁厚为1.5mm的银管中进行一次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为20％，加工至直径为13mm，最后再经六方模拉拔，制成截面为六边形，对边距为12mm六方多芯线6；
步骤4，将18根长度为70cm的步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线7密排，六方纯银线位于中心。然后密排后的六方多芯线6和六方纯银线7插入长度为70cm，内径为64mm，壁厚为1.2mm的Ag-Mn合金管8包套中进行二次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为10％，最终获得直径为1.0mm的多芯圆线9。所得多芯圆线即为本发明所制备的Bi-2212超导带材。
在整个拉拔加工过程中，本实施例得到的Bi-2212超导线材未出现断线现象，而且通过金相显微镜观察线材截面，发现芯丝变形均匀，且无断芯现象。
实施例2
本发明的一种Bi-2212超导线材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱体粉末装入长度为200cm，内径为50mm，壁厚为3mm的纯银管中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，道次加工量为20％，制成直径为6mm单芯圆线；
步骤2，将长度为70cm，对边距为10mm的纯银六方棒沿轴线钻圆孔，制成外表面为六边形，内表面为圆形的异形银管，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同。然后将步骤1中的单芯圆线截成与异型银管同样长度并插入圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元；
步骤3，将步骤2得到的六方亚组元截成等长的六方亚组元线段，然后将37根相同长度的六方亚组元线段密排，插入长度为70cm，内径为73mm，壁厚为2mm的银管中进行一次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为18％，加工至直径为16mm，最后再经六方模拉拔加工，制成截面为六边形，对边距为15mm六方多芯线；
步骤4，将6根长度为100cm的步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线密排，纯银线位于中心，插入长度为100cm，内径为48mm，壁厚为1mm的Ag-Mn合金管包套中进行二次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为12％，最终获得直径为1.5mm的多芯圆线。所得多芯圆线即为本发明所制备的Bi-2212超导带材。在整个拉拔加工过程中，本实施例得到的Bi-2212超导线材未出现断线现象，而且通过金相显微镜观察线材截面，发现芯丝变形均匀，且无断芯现象。
实施例3
本发明的一种Bi-2212超导线材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱体粉末装入长度为180cm，内径为30mm，壁厚为2.5mm的纯银管中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，道次加工量为12％，制成直径为8mm单芯圆线；
步骤2，将长度为50cm，对边距为12mm的纯银六方棒沿轴线钻圆孔，制成外表面为六边形，内表面为圆形的异形银管，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同。然后将步骤1中的单芯圆线截成与异型银管同样长度并插入圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元；
步骤3，将步骤2得到的六方亚组元截成等长的六方亚组元线段，然后将19根相同长度的六方亚组元线段密排，插入长度为50cm，内径为63mm，壁厚为2.5mm的银管中进行一次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为13％，加工至直径为11mm，最后再经六方模拉拔，制成截面为六边形，对边距为10mm六方多芯线；
步骤4，将18根长度为60cm的步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线密排，纯银线位于中心，插入长度为60cm，内径为53mm，壁厚为1mm的Ag-Mg合金管包套中进行二次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为14％，最终获得直径为2mm的多芯圆线。所得多芯圆线即为本发明所制备的Bi-2212超导带材。
在整个拉拔加工过程中，本实施例得到的Bi-2212超导线材未出现断线现象，而且通过金相显微镜观察线材截面，发现芯丝变形均匀，且无断芯现象。
实施例4
本发明的一种Bi-2212超导线材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱体粉末装入长度为140cm，内径为60mm，壁厚为1.5mm的纯银管中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，道次加工量为16％，制成直径为10mm单芯圆线；
步骤2，将长度为80cm，对边距为13mm的纯银六方棒沿轴线钻圆孔，制成外表面为六边形，内表面为圆形的异形银管，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同。然后将步骤1中的单芯圆线截成与异型银管同样长度并插入圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元；
步骤3，将步骤2得到的六方亚组元截成等长的六方亚组元线段，然后将19根相同长度的六方亚组元线段密排，插入长度为80cm，内径为68mm，壁厚为1.5mm的银管中进行一次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为20％，加工至直径为21mm，最后再经六方模拉拔，制成截面为六边形，对边距为20mm六方多芯线；
步骤4，将6根长度为100cm的步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线密排，纯银线位于中心，插入长度为100cm，内径为64mm，壁厚为3mm的Ag-Mg-Ni 合金管包套中进行二次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为17％，最终获得直径为1.8mm的多芯圆线。所得多芯圆线即为本发明所制备的Bi-2212超导带材。在整个拉拔加工过程中，本实施例得到的Bi-2212超导线材未出现断线现象，而且通过金相显微镜观察线材截面，发现芯丝变形均匀，且无断芯现象。
实施例5
本发明的一种Bi-2212超导线材的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱体粉末装入长度为100cm，内径为55mm，壁厚为1mm的纯银管中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，道次加工量为19％，制成直径为5mm单芯圆线；
步骤2，将长度为100cm，对边距为7mm的纯银六方棒沿轴线钻圆孔，制成外表面为六边形，内表面为圆形的异形银管，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同。然后将步骤1中的单芯圆线截成与异型银管同样长度并插入圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元；
步骤3，将步骤2得到的六方亚组元截成等长的六方亚组元线段，然后将7根相同长度的六方亚组元线段密排，插入长度为100cm，内径为24mm，壁厚为2.5mm的银管中进行一次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为10％，加工至直径为13mm，最后再经六方模拉拔，制成截面为六边形，对边距为12mm六方多芯线；
步骤4，将6根长度为50cm的步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线密排，纯银线位于中心，插入长度为50cm，内径为39mm，壁厚为2mm的Ag-Cu合金管包套中进行二次组装，将组装后的多芯棒进行多道次的拉拔加工，道次加工量为12％，最终获得直径为1.3mm的多芯圆线。所得多芯圆线即为本发明所制备的Bi-2212超导带材。
在整个拉拔加工过程中，本实施例得到的Bi-2212超导线材未出现断线现象，而且通过金相显微镜观察线材截面，发现芯丝变形均匀，且无断芯现象。
根据图5和图6可知，未使用本发明方法制备的导到带材对比可知，未使用本发明方法制备的超导带材中的芯丝在不断拉拔形成尖角不断增大，甚至刺破芯丝间的银层，发生芯丝桥连的现象。本发明制备的超导带材，其芯丝的不规则变形和桥连现象均得到了较大改善。

Claims (14)

1.一种Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将Bi-2212前驱粉末装入圆形的纯银管中，并用银堵头将两端封堵起来，然后对其进行多道次的拉拔加工，最后制成单芯圆线；
步骤2，将纯银的六方棒以轴线为圆心，在六方棒中心部位加工圆孔，制成外表面为正六边形，内表面为圆形的异形银管，圆孔的直径与步骤1中得到的单芯圆线直径相同；将步骤1中的单芯圆线截成与异形银管等长度，并将其插入异形银管的圆孔中，制成截面为六方形的六方亚组元；
步骤3，将多根步骤2得到的六方亚组元，插入银管包套中进行一次组装，组装后的多芯线进行多道次的拉拔加工后，再进行六方模拉拔整形，制成截面为六边形的六方多芯线；
步骤4，将等长的多根步骤3得到的六方多芯线和1根同样规格的实心六方纯银线密排，六方纯银线位于密排中心，将密排好的六方多芯线和六方纯银线插入横截面为圆形的银合金管包套中进行二次组装得到多芯棒，对多芯棒进行多道次的拉拔加工，最终制成多芯圆线。
2.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述纯银管长度为100cm-200cm，内径为30mm-60mm，壁厚为1mm-3mm。
3.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，拉拔加工每道次的加工量为10％-20％。
4.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，得到的单芯圆线直径为5-10mm。
5.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，异形银管长度为50cm-100cm，对边距为7mm-15mm，圆孔直径为5mm-10mm。
6.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述六方亚组元的数量为7、19或37。
7.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，银管长度为50cm-100cm，内径为50mm-140mm，壁厚为1-3mm。
8.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，拉拔加工进行每道次的加工量为10％-20％。
9.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，得到的六方多芯线对边距为10mm-20mm。
10.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述步骤3得到的六方多芯线的数量为6或18。
11.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述银合金管为Ag-Mn合金、Ag-Mg合金、Ag-Mg-Ni合金或Ag-Cu合金。
12.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述银合金管的长度为50cm-100cm，内径为30mm-110mm，壁厚为1mm-3mm。
13.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，拉拔加工进行每道次的加工量为10％-20％。
14.根据权利要求1所述的Bi-2212超导线材制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，得到的最终多芯圆线线材直径为1mm-2mm。
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