CN115938678A - 一种内锡法铌三锡前躯体线材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及内锡法铌三锡前躯体线材的制造方法，通过在Nb3Sn最终坯料的阻隔层与亚组元之间增加一层无氧铜箔，在减小亚组元外侧铜层厚度提高Nb元素占比时，有效地降低了最终坯料拉伸加工时亚组元内部的Nb芯丝与Ta阻隔层接触的风险，而且无氧铜箔能够改善其外侧的Ta阻隔层的形变，降低阻隔层拉伸过程中破裂的风险。
Description
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种内锡法铌三锡前躯体线材的制造方法。
背景技术
内锡法Nb3Sn超导线材制备过程通常是将无氧铜锭沿长度方向钻若干通孔，通孔内插入Nb棒，两端加铜盖封焊，挤压定尺截断得到CuNb复合棒，对CuNb复合棒进行深孔钻，然后将Sn棒插入CuNb复合棒的中心钻孔中，加工成六方、异形、扇形的Cu-Nb-Sn亚组元，按照最密排布装入包含阻隔层的无氧铜管中构成Nb3Sn前驱体线材最终坯料，然后对最终坯料进行拉拔和辊轧，将Nb3Sn超导线材加工至所需直径，最后对线材进行热处理，让各Cu-Nb-Sn亚组元中心的Sn元素与亚组元内Nb芯丝反应生成Nb3Sn超导相。加工过程中，为了提高Nb3Sn超导线材中超导相的比例，通常会对CuNb复合棒进行扒皮处理，以尽可能减少亚组元之间的Cu层的厚度，提高亚组元中Nb的比例，进而增强Nb3Sn超导线材的载流能力。然而，由于异形、扇形亚组元分布于六方亚组元外侧，由于自身形状不规则以及拉拔加工过程中产生的变形相较内部亚组元更大，导致亚组元中的Nb芯丝与阻隔层有接触的风险，更严重地将导致阻隔层的破损失效，降低了Nb3Sn超导线材的载流能力以及RRR值。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法。
本发明的一种内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，包括如下步骤：
步骤一： 将多芯的CuNb复合棒中心进行深孔钻得到CuNb复合管，将清洁后的Sn棒插入CuNb复合管中，拉伸成型得到Cu-Nb-Sn亚组元；
步骤二：将无氧铜箔沿其宽度方向卷成端部搭接的管状；
步骤三：将步骤一得到的Cu-Nb-Sn亚组元、步骤二卷成管状的的无氧铜箔及阻隔层清洁后按照从里到外的顺序装配，然后将其集束装入清洗后的无氧铜管中得到Nb3Sn最终坯料，所述阻隔层选用纯的金属Ta材，所述无氧铜箔被置于所述阻隔层与所述亚组元之间并整体覆盖于所述阻隔层的内侧，然后进行多次拉伸，即可制得成品Nb3Sn前躯体线材。
进一步的，所述阻隔层由纯的金属Ta板或Ta箔卷绕而成。
进一步的，所述无氧铜箔端部插入到Ta板或Ta箔卷绕的搭接缝处。
进一步的，所述无氧铜箔厚度为0.01-0.5mm。
进一步的，采用Sn-Ti合金棒代替所述Sn棒，所述Sn-Ti合金棒中的Ti含量为1~3wt.%，即Sn-(1~3) wt.% Ti合金棒。
进一步的，所述Cu-Nb-Sn亚组元呈六方形、异形或扇形。
本发明还提供一种内锡法Nb3Sn前躯体线材，应用所述的一种内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法制得。
与现有技术中Nb3Sn超导线材最终坯料相比，本发明在阻隔层与亚组元之间增加一层无氧铜箔，通过增加亚组元外侧铜层厚度，利用Cu材易于变形的特性使其对Ta阻隔层变形起到润滑作用，一方面，随着最终坯料拉伸加工，有效地降低了亚组元内部的Nb芯丝与Ta阻隔层直接接触的风险，另一方面，由于Cu相较于Ta更容易变形，处于内侧的无氧铜箔能够改善外侧的阻隔层周向的形变，降低阻隔层拉伸过程中破裂的风险。进一步的，将卷绕后的无氧铜箔端部插入到Ta板或Ta箔卷绕的搭接缝处，能够有效地避免卷制的Ta阻隔层搭接区域在最终坯料后续拉伸加工过程中的破裂问题，避免外层无氧铜受到污染。
附图说明
图1为现有技术中内锡法Nb3Sn前驱体线材的最终坯料示意图；
图2为本发明内锡法Nb3Sn前驱体线材的最终坯料示意图；
图3为本发明内锡法Nb3Sn前驱体线材的最终坯料Ta阻隔层搭接缝处局部视图；
其中，1.无氧铜管，2.阻隔层，3. 六方形亚组元，4.异形亚组元，5.扇形亚组元，6.无氧铜箔。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，具体包括如下步骤：
步骤一：选取无氧铜锭，采用深孔钻的方法沿坯锭长度方向钻若干通孔，得到多孔铜锭；
步骤二：对所述步骤一制得的多孔铜锭进行清洗，再将清洗后的Nb棒插入清洗后的多孔铜锭通孔中，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb多芯包套；
步骤三：将所述步骤二得到的CuNb多芯包套进行热挤压，将挤压得到的棒材拉伸后定尺切断得到CuNb复合棒；
步骤四：将所述步骤三得到的CuNb复合棒进行深孔钻得到CuNb复合管，将清洁后的Sn棒插入CuNb复合管中，拉伸成型得到Cu-Nb-Sn亚组元，包括六方形亚组元3，异形亚组元4，扇形亚组元5；
步骤五：将0.1mm的无氧铜箔6沿其宽度方向卷成端部搭接的管状；
步骤六：将步骤四得到的Cu-Nb-Sn亚组元、步骤五卷成管状的的无氧铜箔及阻隔层2清洁后按照从里到外的顺序装配，然后将其集束装入清洗后的无氧铜管1中得到Nb3Sn最终坯料，所述阻隔层选用纯的金属Ta材，所述无氧铜箔被置于所述阻隔层与所述亚组元之间并整体覆盖于阻隔层的内侧，然后进行多次拉伸，即可制得成品Nb3Sn前躯体线材。
实施例2
一种内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，具体包括如下步骤：
步骤一：选取无氧铜锭，采用深孔钻的方法沿坯锭长度方向钻若干通孔，得到多孔铜锭；
步骤二：对所述步骤一制得的多孔铜锭进行清洗，再将清洗后的Nb棒插入清洗后的多孔铜锭通孔中，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb多芯包套；
步骤三：将所述步骤二得到的CuNb多芯包套进行热挤压，将挤压得到的棒材拉伸后定尺切断得到CuNb复合棒；
步骤四：将所述步骤三得到的CuNb复合棒进行深孔钻得到CuNb复合管，将清洁后的Sn-Ti合金棒插入CuNb复合管中，所述Sn-Ti合金棒中的Ti含量为2 wt.%，拉伸成型得到Cu-Nb-Sn亚组元，包括六方形亚组元3，异形亚组元4，扇形亚组元5；
步骤五：将0.2mm的无氧铜箔6以及阻隔层2（阻隔层由纯的金属Ta板或Ta箔卷绕而成）沿其宽度方向卷成端部搭接的管状；
步骤六：将步骤四得到的亚组元、步骤五卷成管状的的无氧铜箔及阻隔层清洁后按照从里到外的顺序装配，然后将其集束装入清洗后的无氧铜管1中得到Nb3Sn最终坯料，所述无氧铜箔端部插入到Ta板或Ta箔卷绕的搭接缝处，所述无氧铜箔被置于所述阻隔层与所述亚组元之间并整体覆盖于阻隔层的内侧，然后进行多次拉伸，即可制得成品Nb3Sn前躯体线材。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：将多芯的CuNb复合棒中心进行深孔钻得到CuNb复合管，将清洁后的Sn棒插入CuNb复合管中，拉伸成型得到Cu-Nb-Sn亚组元；
步骤二：将无氧铜箔沿其宽度方向卷成端部搭接的管状；
步骤三：将步骤一得到的Cu-Nb-Sn亚组元、步骤二卷成管状的的无氧铜箔及阻隔层清洁后按照从里到外的顺序装配，然后将其集束装入清洗后的无氧铜管中得到Nb3Sn最终坯料，所述阻隔层选用纯的金属Ta材，所述无氧铜箔被置于所述阻隔层与所述亚组元之间并整体覆盖于所述阻隔层的内侧，然后进行多次拉伸，即可制得成品Nb3Sn前躯体线材。
2.根据权利要求1所述的内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，其特征在于，所述阻隔层由纯的金属Ta板或Ta箔卷绕而成。
3.根据权利要求2所述的内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，其特征在于，所述无氧铜箔端部插入到Ta板或Ta箔卷绕的搭接缝处。
4.根据权利要求1所述的内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，其特征在于，所述无氧铜箔厚度为0.01-0.5mm。
5. 根据权利要求1所述的内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，其特征在于，采用Sn-Ti合金棒代替所述Sn棒，所述Sn-Ti合金棒中的Ti含量为1~3 wt.%。
6.根据权利要求1所述的内锡法Nb3Sn前躯体线材的制造方法，其特征在于，所述Cu-Nb-Sn亚组元呈六方形、异形或扇形。
7.一种内锡法Nb3Sn前躯体线材，其特征在于，其应用权利要求1-6所述的制造方法制得。
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