一种内锡法Nb3Sn超导线材制备方法及超导线材与流程

allin2025-04-12  22


本申请涉及超导线缆,特别涉及一种内锡法nb3sn超导线材制备方法及超导线材。


背景技术:

1、nb3sn(铌三锡)超导线材是制造大型粒子加速器的重要材料,目前国际上在各个科学工程中批量交付的青铜法nb3sn和iter(国际热核聚变反应堆计划)型nb3sn超导线材的jc(临界电流密度)在12t、4.2k条件下可以达到1100~1300a/mm2。获得稳定的临界电流密度较高的nb3sn线材长线制备技术和批量化生产能力,是指导大型粒子加速器需要解决的重要基础材料问题。

2、影响nb3sn超导线材临界电流密度的主要因素是nb3sn相含量及nb3sn晶粒界面密度。为了提高nb3sn超导线材临界载流能力,则需要充分保障线材中nb元素充分反应形成nb3sn相,同时保障线材中所生成的nb3sn晶粒均匀且细小。ti(钛)元素掺杂可以显著细化nb3sn晶粒,目前有两种ti元素掺杂法,其一,将一定量的ti元素固溶进入sn锭中,制备成snti合金棒,以此作为内锡法nb3sn线材的sn、ti元素源;其二,在内锡法nb3sn线材芯丝区域插入一定数量的nb47ti棒,其余芯丝为纯nb棒,线材sn源为sncu合金棒。线材制备完成后,结合热处理实验得出,加入nb47ti棒的线材因其ti元素扩散略滞后于nb元素反应生成nb3sn相,故完成热处理后线材中部分nb3sn相不含有ti元素,该部分nb3sn相晶粒尺寸较大;而加入snti合金棒的线材由于snti合金棒中硬质snti颗粒尺寸较大,极易造成线材加工过程发生断线。


技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种内锡法nb3sn超导线材制备方法及超导线材,用以解决现有技术中超导线材ti元素扩散不均匀和容易断线的问题。

2、一方面,本申请实施例提供了一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,该方法包括:

3、向熔融的nb中加入ti元素,制备成nbti棒;

4、将多根nbti棒插入浇铸筒,向浇铸筒注入无氧铜液,制备成cunb复合锭;

5、对cunb复合锭进行挤压,得到cunb复合棒;

6、在cunb复合棒中心钻孔,得到cunb复合管;

7、在cunb复合管中插入sncu合金棒,得到亚组元;

8、将多根亚组元装入ta管中,将ta管装入无氧铜管,获得最终坯料;

9、对最终坯料进行拉拔和扭绞,得到nb3sn超导线材。

10、另一方面,本申请实施例还提供了一种内锡法nb3sn超导线材,该超导线材采用上述的方法制备得到。

11、本申请中的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法及超导线材,具有以下优点:

12、制备方法克服了现有技术的缺点,保障线材制备过程中断线风险大幅降低的同时,又克服了线材热处理过程中ti元素扩散均匀性的差的问题,实现长线制备工艺稳定性提升,线材临界电流值提升。



技术特征:

1.一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,在向所述浇铸筒注入无氧铜液后制备得到无氧铜锭(2),在所述浇铸筒两端焊接无氧铜盖,得到所述cunb复合锭。

3.根据权利要求2所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,采用电子束焊接技术将所述无氧铜盖焊接在所述浇铸筒上。

4.根据权利要求1所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,对所述cunb复合锭加热和保温后再进行挤压。

5.根据权利要求4所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,对所述cunb复合锭挤压的温度为450℃~550℃。

6.根据权利要求1所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,在得到所述亚组元(5)后,还对所述亚组元(5)进行拉拔和矫切。

7.根据权利要求1所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,在得到nb3sn超导线材后,还对所述nb3sn超导线材进行热处理。

8.根据权利要求7所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,所述热处理的方法为先在550℃保温200h,然后在650℃保温250h。

9.根据权利要求1所述的一种内锡法nb3sn超导线材制备方法,其特征在于,所述nbti棒(1)中ti的含量为1.0wt%~2.0wt%,所述sncu合金棒中cu的含量为2.0wt%。

10.一种内锡法nb3sn超导线材,其特征在于,所述nb3sn超导线材采用权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。


技术总结
本申请公开了一种内锡法Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线材制备方法及超导线材,涉及超导线缆技术领域。其中方法包括:向熔融的Nb中加入Ti元素,制备成NbTi棒;将多根NbTi棒插入浇铸筒,向浇铸筒注入无氧铜液,制备成CuNb复合锭;对CuNb复合锭进行挤压,得到CuNb复合棒;在CuNb复合棒中心钻孔,得到CuNb复合管;在CuNb复合管中插入SnCu合金棒,得到亚组元;将多根亚组元装入Ta管中,将Ta管装入无氧铜管,获得最终坯料;对最终坯料进行拉拔和扭绞,得到Nb<subgt;3</subgt;Sn超导线材。本申请的制备方法克服了现有技术的缺点,保障线材制备过程中断线风险大幅降低的同时,又克服了线材热处理过程中Ti元素扩散均匀性的差的问题。

技术研发人员:郭强,陈建亚,武博,史一功,李征,王春光,李鹏举,辛扬,韩光宇,鞠帅威,刘向宏,冯勇,李建峰,张平祥
受保护的技术使用者:西安聚能超导线材科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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