CN107170526B - 高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法 - Google Patents

高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，首先将无氧铜棒加工为外六方内圆薄壁铜管；然后将Nb棒装入六方铜管中，并将六方铜管装入无氧铜包套中，无氧铜包套中心区域摆放与无氧铜棒，封焊，得到CuNb复合包套；最后将CuNb复合包套加热，保温，挤压得到CuNb复合棒。本发明方法通过将初始晶粒尺寸细小的Nb棒装入薄壁六方铜管组装、焊接、挤压得到CuNb复合棒，省去了CuNb单芯棒的加工，避免了由于Nb锭初始晶粒尺寸粗大，挤压后组织不均匀，导致超导线材后续加工过程中拉伸断线、断芯的问题。同时直接组装CuNb复合包套，提高了效率，降低了加工过程的质量风险。

Description

高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法
技术领域
本发明属于超导材料加工技术领域，具体涉及一种高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法。
背景技术
高临界电流密度Nb3Sn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使用的高临界电流密度Nb3Sn超导线材的Jc在12T，4.2K条件下可以达到2500A/mm2以上。获得稳定的高临界电流密度Nb3Sn长线制备技术和批量化生产能力，是制造大型加速器需要解决的重要基础材料问题之一。
影响Nb3Sn超导线材临界电流密度的主要因素是其超导相含量以及晶界钉扎中心的密度，为了提高Nb3Sn超导线材的载流能力，需要大幅提高线材中的Nb、Sn含量以获得高的Nb3Sn超导相的体积分数。通常可将Nb锭装入Cu包套中焊接、挤压、拉伸得到CuNb单芯棒，再通过组装、焊接、挤压、拉拔等一系列工序得到高Nb含量的CuNb复合棒。但是由于Nb锭初始晶粒尺寸较大，在后续加工过程中难以均匀破碎，导致超导线材拉伸过程中断线和断芯等情况发生，一方面降低了线材加工的成品率，另一方面制约着超导线材载流能力的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，解决了现有方法制得的CuNb复合棒中Nb芯丝组织不均匀，导致超导线材加工过程中拉伸断线的问题。
本发明所采用的技术方案是，高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将无氧铜棒加工为外六方内圆薄壁铜管；
步骤2，将Nb棒装入清洁后的步骤1得到的六方铜管中，然后将六方铜管按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，无氧铜包套中心区域摆放与六方铜管规格相同的无氧铜棒，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3，将步骤2得到的CuNb复合包套加热，保温后，挤压得到CuNb复合棒。
本发明的特点还在于，
步骤1中铜管六方对边尺寸为5mm～15mm，内孔直径为Φ4mm～Φ14mm，壁厚0.2mm～1mm，长度为300mm～800mm。
步骤2中Nb棒和六方铜管数量为150～800个，无氧铜包套直径为Φ150mm～Φ300mm。
步骤2中Nb棒数量与无氧铜棒数量的比例为1:1～2:1。
步骤3中加热温度为550℃～650℃，保温时间为1～4小时。
本发明的有益效果是，一种高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，通过将初始晶粒尺寸细小的Nb棒装入薄壁六方铜管组装、焊接、挤压得到CuNb复合棒，省去了CuNb单芯棒的加工，避免了由于Nb锭初始晶粒尺寸粗大，挤压后组织不均匀，导致超导线材后续加工过程中拉伸断线、断芯的问题。同时直接组装CuNb复合包套，提高了效率，降低了加工过程的质量风险。
附图说明
图1是本发明CuNb复合包套的截面示意图；
图2是Nb棒和六方铜管组装局部放大图。
图中，1.无氧铜包套，2.无氧铜棒，3.Nb棒和六方铜管，4.六方铜管，5.Nb棒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种高临界电流密度Nb3Sn超导线材用CuNb复合棒的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将无氧铜棒通过挤压、拉拔、锯切等工序得到长度为300mm～800mm，对边尺寸为5mm～15mm，内孔直径为Φ4mm～Φ14mm的外六方内圆薄壁铜管；
步骤2，将Nb棒装入清洁后的步骤1得到的六方铜管中，数量为150～800个，再按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，包套直径为Φ150mm～Φ300mm，中心区域摆放与六方铜管规格相同的无氧铜棒，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；所得到的CuNb复合包套结构如图1所示，其中装入其中的Nb棒和六方铜管组装结构如图2所示。Nb棒数量与无氧铜棒数量的比例为1:1～2:1。
步骤3，将步骤2得到的CuNb复合包套加热至550℃～650℃，保温1～4小时后挤压得到CuNb复合棒。
本发明高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，通过将初始晶粒尺寸细小的Nb棒装入薄壁六方铜管组装、焊接、挤压得到CuNb复合棒，省去了CuNb单芯棒的加工，避免了由于Nb锭初始晶粒尺寸粗大，挤压后组织不均匀，导致超导线材后续加工过程中拉伸断线、断芯的问题。同时直接组装CuNb复合包套，提高了效率，降低了加工过程的质量风险。
实施例1
步骤1，将无氧铜棒通过挤压、拉拔、锯切等工序得到长度为300mm，对边尺寸为5mm，内孔直径为Φ4mm的外六方内圆薄壁铜管；
步骤2，将Nb棒装入清洁后的步骤1得到的六方铜管中，数量为150个，再按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，包套直径为Φ150mm，中心区域摆放与六方铜管规格相同的无氧铜棒，无氧铜棒数量为100个，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3，将步骤2得到的CuNb复合包套加热至580℃，保温2小时后挤压得到CuNb复合棒。
实施例2
步骤1，将无氧铜棒通过挤压、拉拔、锯切等工序得到长度为800mm，对边尺寸为10mm，内孔直径为Φ9mm的外六方内圆薄壁铜管；
步骤2，将Nb棒装入清洁后的步骤1得到的六方铜管中，数量为800个，再按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，包套直径为Φ300mm，中心区域摆放与六方铜管规格相同的无氧铜棒，无氧铜棒数量为400个，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3，将步骤2得到的CuNb复合包套加热至650℃，保温1小时后挤压得到CuNb复合棒。
实施例3
步骤1，将无氧铜棒通过挤压、拉拔、锯切等工序得到长度为500mm，对边尺寸为15mm，内孔直径为Φ14mm的外六方内圆薄壁铜管；
步骤2，将Nb棒装入清洁后的步骤1得到的六方铜管中，数量为200个，再按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，包套直径为Φ270mm，中心区域摆放与六方铜管规格相同的无氧铜棒，无氧铜棒数量为200个，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；
步骤3，将步骤2得到的CuNb复合包套加热至550℃，保温4小时后挤压得到CuNb复合棒。

Claims (3)

1.高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，将无氧铜棒加工为外六方内圆薄壁的六方铜管；铜管六方对边尺寸为5mm～15mm，内孔直径为Φ4mm～Φ14mm，壁厚0.2mm～1mm，长度为300mm～800mm；
步骤2，将Nb棒装入清洁后的步骤1得到的六方铜管中，然后将六方铜管按六方排布堆垛装入无氧铜包套中，无氧铜包套中心区域摆放与六方铜管规格相同的无氧铜棒，两端加上铜盖用电子束封焊，得到CuNb复合包套；Nb棒数量与无氧铜棒数量的比例为1:1～2:1；
步骤3，将步骤2得到的CuNb复合包套加热，保温后，挤压得到CuNb复合棒。
2.根据权利要求1所述的高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中Nb棒和六方铜管数量为150～800个，无氧铜包套直径为Φ150mm～Φ300mm。
3.根据权利要求1所述的高临界电流密度铌三锡超导线材用铜铌复合棒的制备方法，其特征在于，所述步骤3中加热温度为550℃～650℃，保温时间为1～4小时。
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