CN1789475A - 一种铋系高温超导带材及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铋系Bi－2223高温超导带材的制备方法，其特征在于把铋系超导粉末用等静压的方法压制成棒材，置于炉中加热到300－600℃并保温20小时后，立即装入一头已被封焊的银管中，用真空装置将装入棒材的银管抽真空到10^－3帕后用卡钳压封抽气端，然后进行拉拔加工。采用本发明可有效地去除粉末中吸附的气体和银管内壁与棒材之间的间隙中的气体，避免铋系带材在高温热处理过程中因残留的气体膨胀而使带材表面鼓泡。这种方法简便，工艺重复性好，生产效率高，有利于提高带材的均匀性及其载流性能。

Description

一种铋系高温超导带材及其制作方法

技术领域

一种铋系Bi-2223高温超导带材的制备方法，涉及一种采用合理的装管及除气制度避免带材在热处理过程中鼓泡并提高带材电性能均匀性的方法。

背景技术

自从1986年高温超导材料发现以来，铋系高温超导体由于其良好的加工性能易于加工成长线(带)材而被认为是最具大规模应用前景的高温超导材料之一。经过十余年的发展，铋系高温超导带材在载流性能及带材单线长度上都有了突破性进展，其临界电流密度(Jc)最高可达74000A/cm²(77K，自场)，单线长度超过1500m，已基本满足工程应用的要求。但是采用普通粉末装管法(PIT)制备的铋系带材，由于粉末装入银管过程是在大气中进行的，会不可避免地在银管中引入气体，残余在银管内的气体在带材热处理时会膨胀从而导致带材表面出现鼓泡现象。带材在热处理过程中的鼓泡不仅会破坏鼓泡处带材内部超导晶粒的取向排列，使带材的载流性能下降，而且会导致带材的载流性能沿带材长度方向呈现显著的不均匀性，即鼓泡处带材临界电流密度低，无泡处带材临界电流密度高。铋系超导带材这种由于鼓泡导致的性能不均匀性，成为其大规模工程应用的一大障碍。从鼓泡的本质来看，是由装入银管的粉末中残留气体所造成。在带材热处理时残余气体由于膨胀而产生很大的压力，使强度很低的银皮鼓起。为防止带材表面出现鼓泡现象，通常采用两种手段：1)外部加压方法：在高温下(840℃)加压到≥0.5Mp，使带材在热处理时外部气压大于内部由于气体膨胀产生的气压；2)避免吸附气体方法：在粉末装入银管阶段，把粉末、银管置于真空状态下装配。上述两种方法都需要购置专门的设备，投资很大，不利于技术的推广和应用。

发明内容

发明的目的针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效去除粉末装入银管时随粉末进入银管的气体，避免铋系带材在热处理时出现鼓泡现象，提高铋系长带的临界电流密度和电性能的均匀性，简单易行的铋系高温超导带材的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种铋系Bi-2223高温超导带材的制备方法，特征在于其制备过程依次为：

a.把铋系Bi-2223超导粉末用等静压的方法压实制成棒材；

b.将棒材加热至300-600℃，保温20h；

c.将从加热炉取出的棒材立即装到一头已被封焊的银管中，用真空装置将装入棒材的银管抽真空到10^-1帕，保持一小时后压封抽气端，得到密封的银-超导棒复合体；

d.将密封的银-超导棒复合体拉拔加工成细丝，截成37段后按六方排列组装入AgMn合金管，得到37芯的复合管，再进行拉拔加工成细丝，细丝在精密平辊轧机上轧制成中间薄带；

e.将制成的中间薄带材的在840℃温度下进行热处理40小时，随后进行中间轧制，轧制成最终尺寸带材，再进行第二次热处理，热处理温度为825℃，保温时间70小时，得到成品带材。

本发明的方法，其特征在于热处理的气氛为氩氧混合气体。

本发明的方法，制备铋系Bi-2223高温超导带材时，所用的粉末在装管时去除残余气体，方法简单、效率高，适用于采用粉末装管法制备的铋系超导材料在装管过程中的除气。可以有效的去除粉末中吸附的气体和银管内壁与粉体棒材之间的间隙中的气体，保证百米量级长度的铋系超导带材在热处理时零鼓泡，防止气体与粉末的反应，提高带材临界电流密度和载流性能的均匀性。百米量级长的铋系带材热处理后鼓泡数为零，提高了带材性能的均匀性。与未经装管除气的普通带材相比，第一次热处理后带材表面的鼓泡数由原来的几百个降低到零个，带材电性能均匀性(n值)由原来的7-9提高到18-25，临界电流(Ic)由60-70A提高到80-90A，带材综合性能显著提高。本方法不需要昂贵复杂的专门设备，投资少，操作简单，重复性好，在一般的生产单位就可以实现，适宜于大规模应用。

具体实施方案

一种铋系Bi-2223高温超导带材的制备方法，其备过程依次为：a.把铋系超导粉末用等静压的方法，在100Mpa压力下，压制成尺寸均匀的直径为8-20mm的棒材，通过该过程可排出粉末间隙中的气体。b.将粉末棒材置于加热炉中加热到300-600℃，保温20h，使棒材内部物理吸附的气体扩散到棒材表面并逸出。c.将从加热炉取出的棒材立即装到一头已被封焊的银管中，用真空装置将装入棒材的银管抽真空到10^-3帕，保持一小时后用卡钳压封抽气端，得到密封的银-超导棒复合体。通过该过程可排出银管内壁与棒材之间的间隙中的气体。d.将密封的银-超导棒复合体拉拔加工，得到φ2.55mm的细丝，截成37段后按六方排列组装入AgMn合金管，得到37芯的复合管，再进行拉拔加工，得到φ1.70mm的细丝，细丝在精密平辊轧机上轧制成厚度为0.33mm、宽度为3.7mm的薄带。e.带材的第一次热处理在空气中进行，选用840℃热处理40小时，随后进行中间轧制，轧制成厚度为0.26mm、宽度为4.1mm的最终尺寸带材，再进行第二次热处理，热处理温度为825℃，保温时间70小时，热处理气氛为氩氧混合气体。带材第二次热处理完毕后得到成品带材，表面无气泡。第一次热处理和第二次热处理后带材表面都无气泡出现，最终得到的带材临界电流(Ic)为80-90A，表征带材电性能均匀性的n值为18-25，比普通方法装管的带材有显著的提高。

下面具体说明符合本发明的实例。

实例1

将铋系超导粉末装入橡胶管套中，两端封堵塞紧，外套金属保护管，压力100MPa，保压1分钟，等静压成型，得到的棒尺寸为φ19×420mm。将棒表面修整光滑后置于管式加热炉中加热到600℃并保温20h，从加热炉取出棒材后立即装到φ21×1.8mm银管内，银管一端用铜堵头焊接密封，另一端用带有铜管抽气咀的堵头焊接。将装入棒材的银管连接到真空机组上，先用机械泵再用扩散泵，使系统真空度达到1.0×10^-3Pa，保持1小时后，将铜抽气管加热到600℃，再用卡钳把抽气管封焊，得到密封的银-超导棒复合体。将密封的银-超导棒复合体拉拔加工到尺寸为φ2.55mm的细丝，截成37段后按六方排列组装入φ21×1.5mm的AgMn合金管，得到37芯的复合管，再进行拉拔加工，得到φ1.70mm的细丝。细丝在精密平辊轧机上轧制成厚度为0.33mm、宽度为3.7mm的薄带。带材热处理工艺参数如下：第一次热处理(HT1)，热处理温度为840℃，保温时间为40h，热处理气氛为空气；随后进行中间轧制，轧制成厚度为0.26mm、宽度为4.1mm的最终尺寸带材，再进行第二次热处理(HT2)，热处理温度为825℃，保温时间70小时，热处理气氛为氩氧混合气体。带材第二次热处理完毕后得到成品带材。第一次热处理和第二次热处理后带材表面都无气泡出现，最终得到的带材长度为350米，临界电流(Ic)为82A，表征带材电性能均匀性的n值为18，比普通方法装管的带材有显著的提高。

实例2

将铋系超导粉末装入橡胶管套中，两端封堵塞紧，外套金属保护管，压力100Mpa，保压1分钟，等静压成型，得到的棒尺寸为φ16×550mm。将棒表面修整光滑后置于管式加热炉中加热到450℃并保温20h，从加热炉取出棒材后立即装到φ18×1.5mm银管内，银管一端用铜堵头焊接密封，另一端用带有铜管抽气咀的堵头焊接。将装入棒材的银管连接到真空机组上，先用机械泵再用扩散泵，使系统真空度达到1.0×10^-3Pa，保持1小时后，将铜抽气管加热到700℃，再用卡钳把抽气管封焊，得到密封的银-超导棒复合体。将密封的银-超导棒复合体拉拔加工到尺寸为φ2.55mm的细丝，截成37段后按六方排列组装入φ21×1.5mm的AgMn合金管，得到37芯的复合管，再进行拉拔加工，得到φ1.70mm的细丝。细丝在精密平辊轧机上轧制成厚度为0.33mm、宽度为3.7mm的薄带。带材热处理工艺参数如下：第一次热处理(HT1)，热处理温度为840℃，保温时间为40h，热处理气氛为空气；随后进行中间轧制，轧制成厚度为0.26mm、宽度为4.1mm的最终尺寸带材，再进行第二次热处理(HT2)，热处理温度为825℃，保温时间70小时，热处理气氛为氩氧混合气体。带材第二次热处理完毕后得到成品带材。第一次热处理和第二次热处理后带材表面都无气泡出现，最终得到的带材长度为288米，临界电流(Ic)为85A，表征带材电性能均匀性的n值为21，比普通方法装管的带材有显著的提高。

实例3

将铋系超导粉末装入橡胶管套中，两端封堵塞紧，外套金属保护管，压力100Mpa，保压1分钟，等静压成型，得到的棒尺寸为φ9×700mmmm。将棒表面修整光滑后置于管式加热炉中加热到300℃并保温20h，从加热炉取出棒材后立即装到φ11×1.2mm银管内，银管一端用铜堵头焊接密封，另一端用带有铜管抽气咀的堵头焊接。将装入棒材的银管连接到真空机组上，先用机械泵再用扩散泵，使系统真空度达到1.0×10^-3Pa，保持1小时后，将铜抽气管加热到650℃，再用卡钳把抽气管封焊，得到密封的银-超导棒复合体。将密封的银-超导棒复合体拉拨加工到尺寸为φ2.55mm的细丝，截成37段后按六方排列组装入φ21×1.5mm的AgMn合金管，得到37芯的复合管，再进行拉拔加工，得到φ1.70mm的细丝。细丝在精密平辊轧机上轧制成厚度为0.33mm、宽度为3.7mm的薄带。带材热处理工艺参数如下：第一次热处理(HT1)，热处理温度为840℃，保温时间为40h，热处理气氛为空气；随后进行中间轧制，轧制成厚度为0.26mm、宽度为4.1mm的最终尺寸带材，再进行第二次热处理(HT2)，热处理温度为825℃，保温时间70小时，热处理气氛为氩氧混合气体。带材第二次热处理完毕后得到成品带材。第一次热处理和第二次热处理后带材表面都无气泡出现，最终得到的带材长度为235米，临界电流(Ic)为90A，表征带材电性能均匀性的n值为25，比普通方法装管的带材有显著的提高。

Claims (2)

1.一种铋系Bi-2223高温超导带材的制备方法，特征在于其制备过程依次为：

a.把铋系Bi-2223超导粉末用等静压的方法压实制成棒材；

b.将棒材加热至300-600℃，保温20h；

c.将从加热炉取出的棒材立即装到一头已被封焊的银管中，用真空装置将装入棒材的银管抽真空到10^-3Pa，保持一小时后压封抽气端，得到密封的银-超导棒复合体；

d.将密封的银-超导棒复合体拉拔加工成细丝，截成37段后按六方排列组装入AgMn合金管，得到37芯的复合管，再进行拉拔加工成细丝，细丝在精密平辊轧机上轧制成中间薄带；

e.将制成的中间薄带材的在840℃温度下进行热处理40小时，随后进行中间轧制，轧制成最终尺寸带材，再进行第二次热处理，热处理温度为825℃，保温时间70小时，得到成品带材。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于热处理的气氛为氩氧混合气体。