CN1249263C - 细丝铌基超导复合体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种铌基超导体，是采用下述方法制造的：在一种易延展金属的坯料之中建立多种铌组分，经过一系列的扎制步骤加工所述复合体坯料以使所述铌组分为成型延长的元件，每个所述元件具有数量级为1-25微米的厚度，在最后的扎制步骤之前用一种耐酸金属的多孔约束层包裹所述坯料，将所述受约束的坯料浸没在酸中以便从所述铌元件中除去所述易延展金属，同时所述铌元件仍由所述多孔层所约束，将所述受约束的铌元件聚集体暴露在一种可与Nb反应的材料中，从而形成一种超导体。

Description

细丝铌基超导复合体的制造方法
技术领域
本发明涉及A-15型多丝复合超导体的制造方法(“A-15”是表示内部金属化合物具有βW结构)。
背景技术
这些物质包括Nb3Sn和Nb3Al，它们由于其优良的高磁场性能，因而是非常重要的。遗憾的，它们是易碎的化合物，难于制成细丝，因而，它们是非常昂贵的。由于这些原因，易延展的NbTi超导体支配着商业市场，尽管其最大磁场低于8特斯拉。为了在成本合理的基础上，使A-15型导体商业化和扩展有用的磁场到12特斯拉范围，需要对其作很大的改进。本发明也可适用于“B1”超导体NbN和NbC的制造。
目前用于工业生产中的现代方法，其详细说明公开在David B.Smathers所著的金属手册(Metals Handbook)(第十版，第2卷，1060-1077页)一书的标题为“A-15超导体”之中。目前采用的方法有两种。一种方法是采用一种青铜合金作为基质，另一种方法是采用由纯铜和纯锡芯的结合作为基质。第一种方法称作“青铜法”，后者称作“内部锡法”。所述青铜基质含有高达13％的Sn，物品硬化迅速，并需要频繁的退火步骤。这些退火步骤对于所述内部锡法来说是不需要的。但是，在所述内部锡法中的冷拉，会导致粘结变差、细丝质量退化和产率降低。在最终的拉出和加捻之后，两种类型的导体都加热到大约700℃，持续200小时或更长时间，以形成Nb3Sn。磁体是采用缠绕和反应法(Wind and React method)专制而成的。
所得到的电流密度，显著地低于根据实验的短样品数据的理论上可能的电流密度。这个问题，是由于700℃的低反应温度而引起的，它需要反应热处理的时间为数百小时。随着Sn的消耗，Sn成分减少，它会进一步约束所述的反应。在所述Nb细丝中未反应的Nb会遗留下来，在剩余基质中就会形成Kirkendall型孔洞，从而导致导体的电流密度和机械性能变低。
显著的改进是需要的，以改进这些重要的A-15导体的高磁场性能并降低其成本。
在Nb3Sn超导体金属丝的制造中，为了防止在热处理过程中锡污染所述金属丝外部稳定化的铜，采用一种障碍物，通常为钽或钽的合金。所述方法公开在David B.Smathers的文章中。尽管本发明中所述的多孔金属外壳与用于Nb3Sn导体制造方法中的障碍物是类似的，但是，该技术在本发明的应用中是全然不同的。
Wong的美国专利第5034856号和第US5869196号，公开了一种用于电容器的非常细的电子管金属(优选为钽)细丝制备的新方法。涉及精细粉末的精细细丝的优点是具有较高的纯度、较低的成本、截面均匀和介电渗透容易，尽管对于阳极氧化来说，仍保持高的表面积。与精细粉末压制品相比，截面的均匀性会使得电容器具有高的比电容、低的ESR和ESL，以及对于形成电压和烧结温度具有低的灵敏性。其它涉及电子管金属细丝和纤维、其制造方法或由其制成的制品的专利，包括有美国专利第3277564号(Webber)、3379000号(Webber)、3394213号(Roberts)、3567407号(Yoblin)、3698863号(Roberts)、3742369号(Douglass)、4502884号(Fife)、5306462号(Fife)和5245514号(Fife)。
涉及A-15导体制造方法的现有技术，可通过阅读Smather的文章和Masaki Suenaga和Alan f.Clark(Plenum Press，N.Y.Cryogenic Material Series(1980出版))所著的“Filamentary A-15Superconductors”而获得。在这本书中，C.H.Rosner，B.A.Zeitlin，R.CX.Schwall，M.S.Walker和G.M.Ozeryansky所著标题为“Reviewof Superconducting Activities at IGC on A-15Conductors”第67-79页，具体地总结了早期的研究工作。最初，是采用粉末冶金方法，不久之后，是采用Nb带和细丝的液态Sn的表面扩散方法。Allen的3218693专利保护一种方法，其中，涂敷Sn的Nb带和细丝是在800-1000℃温度下经反应形成Nb3Sn。类似的产品还由General Electric和随后由IGC制得。电缆形式的Nb细丝，经Sn浸渍之后，缠绕到磁体中并进行反应；D.F.Martin等人的专利第3429032号。在一篇随后的文章中，Scanlan和Fietz的“MultiFilamentary Nb3Sn for Superconducting Generatorapplication”，IEEE Trans.MAG-11，p287，March’75，公开了采用电镀Sn作为Sn源制造Nb3Sn的方法。
需要一种新方法以改进Nb3Sn导体的加工。在六十年代早期，纯Nb带、电线和电缆是浸渍到熔融Sn浴中，接着在高温下反应形成Nb3Sn。由于Nb3Sn是易碎的，所以，未反应Nb的易延展性基体遗留下来，以便进行处理和随后缠绕到磁体中。但是，对于稳定的精细细丝和加捻导体的需要，很快使得这种方法变得陈旧了。
Wong的专利第5869196号公开了一种用来制造Ta电容器的方法，其中，Ta多丝是在一种约束外壳中制成的。这种方法描述了在最终形成操作之后除去铜基质的方法。外壳的优点在于不需要细丝的最终包装，这是因为所述细丝现在是受约束的并由所述外壳支撑着。而且，在所述外壳内部面积可以准确地确定，因为它是Ta的体积分数。
可以制得一种含有封闭在一个可用作支撑结构的约束外壳中的精细Nb细丝的前体电线。对于所述铜基质的除去，以及采用液态Sn浸渍方法，Sn或CuSn合金用来渗透和包围所述的Nb细丝。其显著优点在于，可以完全省略随后的电线拉出(电线拉出是目前Nb3Sn导体共处理和低收率难题)、易于提高Sn浓度的能力，可以显著地提高现代导体的电流密度。在优选实施例中，所述外壳是由Nb制成的，虽然Ta和不锈钢也可采用。所述外壳是采用如Wong在美国专利第5869196号中所述方法制造的。坯料是以常用方式采用挤出和电线拉出方法，加工成最终尺寸的。所述铜基质接着从这种前体电线中除去，并用Sn或CuSn合金基质替代。接着用最终反应热处理将所述Nb转化为Nb3Sn。
发明内容
按照本发明的一个方面，提供一种用来制造一种A-15或B1型化合物超导体的方法，包括以下步骤：在一种易延展金属的坯料中建立多个难熔金属成分的细丝，经过一系列的扎制步骤加工复合了多个难熔金属成分细丝的该坯料以使所述难熔金属细丝成型为延长的元件，每个所述元件具有约为1-25微米的厚度，用一种耐酸金属的多孔约束层包裹所述坯料，将所述受约束的坯料浸没在酸中以便从所述难熔金属元件中除去所述易延展金属，同时所述难熔金属元件仍由所述多孔约束层所约束，使所述受约束的难熔金属元件聚集体与一种反应剂接触并使所述难熔金属元件与所述反应剂反应以形成A-15或B1超导化合物。
按照本发明的另一个方面，提供一种用来制造细丝Nb3Sn超导体的方法，包括以下步骤：在一种易延展金属的坯料中建立多个铌组件，经过一系列的扎制步骤加工复合了多个铌组件的该坯料以将所述铌组件成型为延长的元件，每个所述元件具有数量级为1-25微米的厚度，用一种耐酸金属的多孔约束层包裹所述坯料，将所述受约束坯料浸没在酸中以便从所述铌元件中除去所述易延展金属，同时所述铌元件仍由所述多孔约束层所约束，将受约束的铌元件聚集体浸没在一种含锡的液态金属中，用所述液态金属涂敷所述铌元件，随后使所述锡与所述铌元件反应以形成Nb3Sn；其中在所述铌元件形成为磁性箔之后进行所述与锡的反应；其中所述液态金属为纯锡；其中所述液态金属是最多含有95wt％的Sn且最少含有13wt％的Sn的铜合金；其中所述坯料是在最后的扎制步骤之前采用所述多孔约束层进行包裹的；其中所述多孔约束层是通过加捻扎制的坯料形成的，这样，当所述易延展金属从所述坯料中被除去时，所述坯料中的外部元件用于约束内部元件；其中所述多孔约束层是通过使至少一个外部元件沿着所述扎制的坯料的外表面伸展并加捻扎制的坯料所形成的，这样，当所述易延展金属从所述坯料中被除去时，所述坯料中的外部元件用于约束内部元件。
按照本发明的另一个方面，提供一种用来制造选自NbN和NbC的铌基超导体的方法，包括以下步骤：在一种易延展金属的坯料中建立多个铌组件，经过一系列的扎制步骤加工复合了多个铌组件该坯料以将所述铌组件成型为延长的元件，每个所述元件具有数量级为1-25微米的厚度，用一种耐酸金属的多孔约束层包裹所述坯料，将所述受约束的坯料浸没在酸中以便从所述铌元件中除去所述易延展金属，同时所述铌元件仍由所述多孔约束层所约束，将所述受约束的铌元件聚集体暴露在一种与铌进行反应的材料中以形成铌基超导体；其中所述与铌进行反应的材料为氮气。
附图说明
图1为用于本发明的主坯料的示意图，图1a表明横截面，图1b表明所述坯料构件纵向部署的剖面图。
图2为用于本发明的辅坯料横截面的示意图。
图3为本发明优选实施例产品的示意图，图3a表明产品为圆柱体，图3b表明成型为长方转化体之后的产品。
图4与图3相似，但是表明内部铜芯得到稳定化。
图5-9表明在所述铜的酸溶出步骤过程之中和该步骤之后约束所述铌细丝的辅助系统。
具体实施方式
图10为用于本发明优选实施方案中所述主坯料的示意图。
本发明涉及精细金属细丝的制造方法，它可用作与锡(作为例子)反应的原料，从而现场制备A-15超导体。公开了一种非常小的约束的细丝体和一种制造方法。本发明将会对超导体工业具有重要的价值，它可设法开发日益增加的高磁场A-15超导体。所述金属是选自金属元素，铌，特别是Nb的A-15化合物。在一个优选的形式中，本发明的产品，金属细丝具有低于50微米的直径。它们是约束在一个也是由金属制成的圆柱外壳之中，其壁厚度为100微米或更小。形成所述外壳的金属，优选与所述细丝金属相同，但这不是必需的；钽以及不锈钢都可采用。适合用作超导体的多丝导体，是通过对由一种含于一种易延展金属(优选为铜)之间并被其隔开的适当难熔金属(优选为铌)的多金属细丝所组成的金属坯料进行扎制而形成的。所述Nb细丝在如图2所示的坯料内延长并且基本上是平行的。坯料中的Nb细丝4的排列是被一个金属7的约束层所包围。该金属7优选但不是必需与形成所述细丝的金属相同。所述金属层7优选是完全环绕地包围所述Nb细丝排列4，并遍及所述细丝的全部长度。所述层采用相同的易延展金属6(例如Cu)(它们用来使所述细丝4彼此相互分隔开来)，分隔所述的细丝排列4。所述相同易延展金属6也可形成所述坯料的表面，从而防止在加热等过程中所述约束金属层暴露出来。所述坯料是采用常规方法进行扎制的，如挤出和电线拉出方法。所述约束金属外壳7接着进行打孔(如图3a和3b中的标记8所示)，使得无机酸能够方便地在多孔层进行扩散，并除去分隔所述Nb细丝的易延展的铜。将这些孔8应该设计为能够使得所述外壳保留其约束和支撑松散的Nb细丝4的能力是非常重要的。更为重要的是，它们应该基本上没有削弱整个复合体的强度或延展性。优选地，孔8可以在轧钢厂中以连续方式，按预期孔的图案，采用机械轧制电线来实现。其它的方法也可采用，例如，选择性化学刻蚀法、激光钻孔法等，这些对于本领域技术人员来说是很清楚的。所述约束金属必须是一种对于用来溶解铜的酸是呈惰性的金属。
典型的形状可为图3a的圆形截面或图3b的矩形截面。矩形形状的优点在于，酸为了完全除去铜的渗透距离变小。内部铜的稳定化可由图4所示引入。所述Ta包裹的铜表现为带有Ta扩散障碍层的内芯，它也可缩小溶出时间。此后，Nb细丝的不含铜的约束束，采用液态Sn或CuSn合金进行渗透，以彻底涂敷并使每个Nb细丝包埋在固体Sn或CuSn合金基质中。所述Sn接着在一个分离步骤中与Nb反应形成Nb3Sn。采用的温度在700-1100℃之间，两者都是在惰性气氛或真空室中进行的。所述Nbo细丝可以部分、全部地反应，或者它是在制造过程的后续阶段(例如在磁体中的成缆或缠绕之后)完成。
在本发明的一个优选形式中，Nb细丝，在机械扎制步骤完成时，具有数量级为1-25微米的直径。在这种复合体的优选最终形式中，所述Nb细丝是被所述Cu基质分隔开的，所述Nb-Cu结构被厚度为50微米或更小的且具有有效孔隙度为50％或更低的Nb层所包裹。当这种复合体浸入在温度为100℃的HNO3和H2O的酸溶出浴中时，所述铜在约60分钟内被除去，留下一束由多孔Nb外壳所约束的微米尺寸的Nb细丝。当这种不含铜的Nb细丝聚集体在700-1100℃浸入到一种Sn合金浴中时，熔融Sn浴的表面张力和封闭于所述外壳中的Nb细丝束的毛细作用，使所述锡进入到所述束之中，它在此处彻底地包裹每个Nb细丝。Sn接着在制造工艺的后续阶段与Nb反应，形成Nb3Sn。
这种孔隙度可以通过例如机械打孔所述约束层而获得，这对于冶金领域的技术人员来说是很清楚的，其中，所述孔8是均匀地间隔约0.25mm，尺寸为0.13mm×0.25mm的菱形，如图3a和3b所示。
当铜从Nb-Cu基质中的酸溶出导致在Nb细丝表面形成不可接受的大量的表面污染时，这些污染物可采用如本人早期专利5869169第9页38-55行中所述的技术除去。这类脱氧处理也可采用液态Sn合金，提高所述Nb细丝的湿润。
在铜除去之前，多股电线可以成缆在一起，如果需要的话，还可进行压制。这可避免对Nb细丝的机械损伤，因为，在这种情形下，带有Cu基质的电线处于其最易于延展的状态。所得的电缆接着进行溶出和Sn渗透处理。
实施例I的导体在所述铌外壳中含有34.9体积％的铜。高百分比的铜，即Nb细丝间的间隔较大，可使化学蚀刻方法具有更快的除铜速率，但是，也会导致所述导体具有较低的电流密度。为了使所述电流密度最大化，经蚀刻后的导体，在渗透之前，可对其进行机械压制，以提高Nb的整体体积分数。
渗透步骤按照与用于Sn浸渍Nb带相似的连续方式进行。在Sn浴中的停留时间应该尽可能短，只要长到足以使电线达到温度并能够全部渗透且包埋所述细丝则可。这也避免所有早期易碎Nb3Sn的形成，而且可以避免由进一步加工如成缆等所引起的可能的损伤。
大约2wt％Nb可溶于1000℃的液态Sn中。在这些温度下，延长在液态Sn浴中的时间，可能会导致部分Nb损失。所以，渗透时间应该非常短。另外，通过在渗透之前采用添加纯Nb金属到所述浴中以饱和所述Sn，可以显著地避免这种损失。例如，这可通过使纯Nb带或电线首先缓慢地经过所述工艺来进行。在温度低于950℃时，其它的非超导体化合物可能会快速地形成。所以，所述浸渍温度应该至少为1000℃或更高。所述电线在渗透之后快速冷却也是非常重要的，从而避免形成大颗粒的易碎Cu和Sn的金属间化合物。向Sn浴中加入大量的铜及其对于Nb3Sn层生长的影响，已经由J.S.Caslaw报导在Cryognic，Feb.’71，pp.51-59。Cu的存在“催化”Nb3Sn反应，并改善所述Nb3Sn的表面。添加高达32wt％的Cu，可导致Jc.明显提高。
Nb3Sn的Hc2和Tc值受Nb合金复合体的影响。选择添加Ti和Ta可提高这些数值是已知的。不仅提高Hc2和Tc很重要，而且提高流过合适通量钉扎(pinning)机制的Jc性能也是非常重要的。Smathers和Swenaga的文章对于“通量钉扎”和目前采用的方法给出了详细的解释。所有这些方法都可用于本发明。除了纯Nb，还可采用Nb-1％Zr、Nb-1.5％Ti和Nb-7.5％Ta合金。所述Ta和Ti也可利用一种扩展的Ta或Ti网的薄表层添加到所述Nbo中。这也有助于减小细丝之间的桥联的可能性。Sn浴还包括Cu以及少量的Mg和Ti。
决定Nb3Sn导体性能的最重要参数是其电流密度。在高能物理领域中，需要能够在4.2°K超过12特斯拉下进行操作的加速器磁体。用于在欧洲原子核研究中心(CERN)建造的大强子碰撞加速器(Large Hardon Collider accelerator)的双极磁体，仅能采用NbTi在1.9°K、低于10特斯拉下操作。对于Nb3Sn来说，最高的Jc数值目前可以采用所述内部Sn方法得到，已经有报导，在12特斯拉和4.2°K时，数值高达2070A/mm2。所述青铜法则限定在低于1000A/mm2，因而，它们不是一个要素。新一代的加速器磁体需要数值高达3000A/mm2。
扩散障碍物内部的面积，仅包括三种组分：Nb、Cu和Sn。提高Jc仅可能通过提高Nb的体积分数来获得。这需要适当地减小铜的含量，从而提高Sn与Cu的比值。铜仅作为Sn的载体；它自身没有直接参与提高Jc。但是，它是一个重要的函数；它可使对所述青铜法和内部Sn方法的Nb3Sn导体进行成功的共处理。在过去的二十年中，为了优化所述Nb∶Cu∶Sn比率，作了极大的努力，但是都已经达到了极限，这是因为随着所述Sn分数的提高，附随物的可制造性降低。在本发明中，则不存在这类约束。所述基质合金可在纯Sn与纯Cu之间变化。由于所述导体开始是与纯铜基质一起制成的，所以，不存在可制造性问题。
尽管已经对约束外壳贴敷的优选方法进行了说明，但是，应该能够认识到，作为一种替代方案，所述外壳可以采用机械方法，单独贴敷于最终的铜铌多丝电线。可以采用如图5-图9所示的几种另外的技术。
在图5中，约束层对所述Cu-Nb复合体进行螺旋形包裹，并且螺旋之间具有足够的间隔，以使溶出酸进入。
在图6中，将约束层编织为编织物，以开放式编织形式对所述Cu-Nb复合体进行包裹。
在图7和图9中，Cu-Nb复合体装载在一种载物元件的凹槽中，它能够抵抗溶出，但是足以约束所述不含Cu的Nb细丝。
在图8中，Cu-Nb电缆经加捻和压平之后，部分地被约束层所包裹。
在所有这些情形中，对于所述约束层的基本要求是考虑到有足够的孔隙度，以满足酸除铜的需要，能够抵抗硝酸的腐蚀，在Cu除去之后能够约束并支撑松散的Nb细丝，以及随后采用Sn的渗透。所述约束金属必须是一种不会与Sn反应的金属，如果采用Nb的话，则它应该是足够厚的，这样，它就不会全部转化为Nb3Sn。
过渡金属碳化物和氮化物如NbN和NbC可能会出现B1(NACL)晶体结构。氮化铌业已经表明具有接近19°K的转变温度。这些重要的化合物公开在“Treatise on Material Science and Technology”，Vol.14，Metallurgy of Superconduting Materials，1979 edited byThomas Luhman and David Dew-Hughes，Pages 429-432中。
本发明可用于形成NbN。具体地说，是采用相同的步骤，用Nb细丝包裹铜基质的多孔外壳，所述铜基质可从所述Nb细丝中除去。对于所述Sn渗透步骤，是采用引入含氮气氛来替代，所述铌细丝在高温下在含氮气氛中转化为氮化铌(NbN)。
以应用的观点来说，气相反应，相对于在1000℃温度范围内的液态Sn处理方法而言，是一种更为简易和清洁的方法。所述NbN细丝可用来进行反应或者可能需要一种金属渗透以提高其稳定性，如L.T.Summers，J.R.Miller，“The Influence of Liquid MetalInfiltration on Superconducting Characteristics of Niobium Nitride”，Advanced in Cyrogenic Eng.，Vol.34 pp.835-842，1987中所述。
实施例I
在铜棒1(长度为63.5cm，直径为15.3cm)上钻19个孔2，如图1a所示。孔的直径为2.57cm，并且以平行的方式遍及整个棒长。孔的样式如图1a所示。所有两个孔之间的最短距离为5.08mm。在铜棒的每端加工有一个1.27cm的插入物。所述的插入物是必需的，这样，铜前端和尾部随后就可结合在一起。含孔铜棒、一个铜前端和一个铜尾部，在硝酸溶液中进行蚀刻清洁，它们在水中进行漂洗，在甲醇中进行二次漂洗，然后干燥。19个铌棒2(直径为2.54cm，长度2为61cm)，用丙酮擦拭干净后，插入到所述铜棒3的孔中。所述前端和尾部是钨惰性气体(TIG)焊接到适当位置，所述坯料在温度为427℃抽真空至10-6托。所述坯料然后进行密封，如图1b所示。
在挤出品的制备中，所述坯料在816℃下加热3小时。所述坯料然后挤出至直径为2.54cm。所述挤出杆进行修剪使之均匀，修剪后的杆以每道模具口为20％面积缩小率进行冷拔，达到最终直径为3.48mm的六角形。也就是说，最终的电线形状是六角形的，六角形相对的棱与棱之间的距离为3.48mm。在这种尺寸时，所述铌细丝直径为0.61mm。
所述电线经拉直后切割为61cm的长度。按照与含有Nb细丝的电线相同的方法，将纯铜杆抽出到3.48mm直径的六角形电线，经拉直后切割为61cm长度。按照与前述主坯料相同的方法，对这两种细丝在硝酸中进行清洁。将1045根所述含Nb细丝4以对称方式进行堆叠。
一块厚为0.64mm，宽为45.7cm，长为610cm的Nb薄片7，用丙酮擦拭干净后，环绕地插入到一个干净的铜罐8中，其内径为14.5cm，外径为16.5cm，长度为63.5cm。所述薄片7覆盖超过0.3cm，以确保获得连续层。所述薄片的长度方向沿所述罐的长伸展。堆叠的细丝插入到所述铌内衬的罐中(如图2所示)，所述铜前端和尾部，在10-4托真空下，经电子束焊接到适当位置。所述坯料接着在104Mpa的压力和650℃温度下进行热均衡扎制4小时。经均衡扎制后的坯料加工为直径15.3cm，所述坯料通过在816℃下加热3小时，以用于挤出。所述坯料接着挤出至直径为2.54cm。
所述挤出杆进行修剪以保证均匀性。它接着以每道模具口为20％面积缩小率进行抽出，至直径为1.02mm并加捻。在此电线直径时，所述Nb细丝的直径为4.06微米，而所述铌外壳的厚度为42.6微米。在所述Nb外壳中的Nb细丝的总体积分数为34.9％。
此后，所述Nb外壳7采用例如如前所述方法进行打孔，得到的产品在HNO3/H2O中于100℃进行溶出60分钟，以除去隔离所述的Nb细丝的铜。不含铜的Nb细丝聚集体接着优选浸渍于1000℃的锡浴中，使得Sn浴具有最大的流动性和表面张力。采用氩惰性气氛以避免氧化。在所述Sn浴中的浸渍停留时间应该尽可能地短(低于10秒)，以使在此阶段Nb3Sn的形成最小化并使进一步加工(即成缆)的易延展性最大化。
实施例II
在实施例I中，如图2所示，采用一种连续外壳，对于最终的尺寸，所述导体按照如图3a和3b所示进行机械打孔，使得可以通过酸溶出除去所述的铜，之后，在高温下进行液态锡的渗透。它还表明，可以在所述导体已经采用图5的带包裹、图6的编织包裹，或者通过如图7、8和9所示将导体机械约束在一个支撑结构中的方法制造后，单独贴敷所述外壳。
已经发现了一种更为简便且显著廉价的方法，它可以实现所述的目的。所述外壳是按照实施例I进行构造的，不同之处在于，现在是留有一个狭窄的开孔，它与所述细丝平行，并沿着所述细丝长度方向伸展，如图10所示。
所述开孔的尺寸可以调节至采用酸溶出方法快速地除去基质中的铜，但同时仍保持外壳约束和支撑所述细丝的能力。在最终的扎制、加捻和除铜之后，可以大量地制得一种与图5的带包裹样品完全相同的产品。对于所述外壳的设计，可以有多种改动。例如，可以采用多于一个开孔。
加捻操作可使外部细丝较内部股束更为伸展，当铜基质除去时，外部细丝处于紧张状态，可用来扎制和约束内部的细丝束。已经观察到，未加捻的或轻微加捻的外部细丝在外壳开孔处易于剥落。
这种导体在HNO3/H2O为50/50的酸溶液中于100℃进行溶出，以彻底除去铜基质。然后用下述的Cu-Sn合金进行渗透实验：
  Cu wt％   Sn wt％
  87   13
  67   33
  50   50
  25   75
  20   80
  10   90
  0   100
除了13％Sn合金之外，其它所有合金都可获得1000℃成功的渗透。这种13％Sn合金具有液相温度1000℃，可能需要至少1200℃的温度，它已经超过了我们小型实验室炉的许可温度。
33％Sn合金样品随后在675℃下加热处理24小时和48小时。对48小时样品的横截面进行金相学检验，表明在所述细丝和所述包裹外壳中存在一个主要的Nb3Sn反应层，平均厚度为4-6微米。
如图4所示，可以采用中心铜芯。根据通常的要求，需要高达40％铜，以保证稳定的导体性能。为了防止铜芯的Sn污染，在图4中采用了一种Ta防护障碍物。也应该认识到，这种结构自身对支撑贡献很大，它与本发明所述外壳结合在一起，以保护内部易碎的Nb3Sn细丝。可以看出，高强度含铜Nb复合体，已经成功地与Nb3Sn导体联合使用，它可用来替代纯铜(参见Advances inCryogenic Eng.，Vol.42，Plenum Press，NY 1996，pages 1423-1432)。

Claims (10)

1.一种用来制造A-15或B1型化合物超导体的方法，包括以下步骤：在一种易延展金属的坯料中建立多个难熔金属成分的细丝，经过一系列的扎制步骤加工复合了多个难熔金属成分细丝的该坯料以使所述难熔金属细丝成型为延长的元件，每个所述元件具有为1-25微米的厚度，用一种耐酸金属的多孔约束层包裹所述坯料，将所述受约束的坯料浸没在酸中以便从所述难熔金属元件中除去所述易延展金属，同时所述难熔金属元件仍由所述多孔约束层所约束，使所述受约束的难熔金属元件聚集体与一种反应剂接触并使所述难熔金属元件与所述反应剂反应以形成A-15或B1超导化合物。
2.一种用来制造细丝Nb3Sn超导体的方法，包括以下步骤：在一种易延展金属的坯料中建立多个铌组件，经过一系列的扎制步骤加工复合了多个铌组件的该坯料以将所述铌组件成型为延长的元件，每个所述元件具有数量级为1-25微米的厚度，用一种耐酸金属的多孔约束层包裹所述坯料，将所述受约束坯料浸没在酸中以便从所述铌元件中除去所述易延展金属，同时所述铌元件仍由所述多孔约束层所约束，将受约束的铌元件聚集体浸没在一种含锡的液态金属中，用所述液态金属涂敷所述铌元件，随后使所述锡与所述铌元件反应以形成Nb3Sn。
3.权利要求2所述的方法，其中在所述铌元件形成为磁性箔之后进行所述与锡的反应。
4.权利要求2所述的方法，其中所述液态金属为纯锡。
5.权利要求2所述的方法，其中所述液态金属是最多含有95wt％的Sn且最少含有13wt％的Sn的铜合金。
6.权利要求2所述的方法，其中所述坯料是在最后的扎制步骤之前采用所述多孔约束层进行包裹的。
7.权利要求2所述的方法，其中所述多孔约束层是通过加捻扎制的坯料形成的，这样，当所述易延展金属从所述坯料中被除去时，所述坯料中的外部元件用于约束内部元件。
8.权利要求2所述的方法，其中所述多孔约束层是通过使至少一个外部元件沿着所述扎制的坯料的外表面伸展并加捻扎制的坯料所形成的，这样，当所述易延展金属从所述坯料中被除去时，所述坯料中的外部元件用于约束内部元件。
9.一种用来制造选自NbN和NbC的铌基超导体的方法，包括以下步骤：在一种易延展金属的坯料中建立多个铌组件，经过一系列的扎制步骤加工复合了多个铌组件的该坯料以将所述铌组件成型为延长的元件，每个所述元件具有数量级为1-25微米的厚度，用一种耐酸金属的多孔约束层包裹所述坯料，将所述受约束的坯料浸没在酸中以便从所述铌元件中除去所述易延展金属，同时所述铌元件仍由所述多孔约束层所约束，将所述受约束的铌元件聚集体暴露在一种与铌进行反应的材料中以形成铌基超导体。
10.权利要求9所述的方法，其中所述与铌进行反应的材料为氮气。
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