[发明专利]一种高性能Fe/Cu包套结构二硼化镁多芯超导线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多芯结构MgB₂超导线的制备方法，特别涉及一种以Fe/Cu复合包套的二硼化镁超导线的制备方法。

背景技术

2001年发现二硼化镁(MgB₂)在39K时，具有超导性能。它是迄今发现的临界温度最高的二元金属间化合物超导体，过去发现的Tc最高的二元化合物是铌三锗(Nb₃Ge)，其转变温度才23.2K，提高近16K。并且二硼化镁材料是一种A15结构二元化合物，具有合成工艺简单、成本低廉、无晶界弱连接和常态电阻率低等特点。另外，MgB₂超导线绕成的磁体在20～30K的温度下也可工作，该温度段可用电力驱动的气体制冷机替代昂贵的液态氦实施冷却或液氢冷却实现，因而MgB₂超导电性的发现为研制低成本的超导材料开辟了新途径，有望成为廉价、实用的新型超导材料。目前实现二硼化镁超导商业化应用主要瓶颈问题是：1)提高高磁场下临界电流密度值；2)具有良好热稳定性；3)制备超导线具有交流损耗小，机械抗拉力变形量大。

在提高高磁场下临界电流密度值研究方面，虽然通过材料掺杂工艺二硼化镁超导线带材的制备短线试样的临界电流密度值取得重大进展，如通过纳米C掺杂Jc(4.2K，10T)＝2.1×10⁴A/cm²(Yanwei Ma等，Large irreversibility field in nanoscale C doped MgB₂/Fe tapeconductors，Supercond.Sci.Technol.20(2007)L5-L8)。然而，随着掺杂材料的添加，根据掺杂量的变化，超导转变温度(T_C)下降1.5～3.5K，超导转变宽度变宽，超导连接性下降，造成该二硼化镁超导体运行在20～30K温度段时热稳定性减低，其它掺杂材料必然会有类似现象。另外，虽然掺杂材料有利于高场下临界电流值，但在低场下性能下降。

从理论分析和超导体实际运行结果都表明，采用多芯结构可以有效解决机械应力、降低交流损耗问题，但多芯线制备，特别是10芯以上结构的二硼化镁超导线研制方面，众多研究机构投入大量资金和人力，由于涉及多学科交叉问题，难度大，目前在国际上已有报道的仅有两家，美国Hype Tech公司采用连续管成型(CTFF)和粉末管装(PIT)工艺制备的(Monel合金/Cu/Nb/MgB₂)包套，7，18，37芯结构线(Tomsic等，Method for manufacturingMgB₂ intermetallic superconductor wires，USP 6687975)，以及意大利Columbus公司采用Ex-Situ PIT制备出(SS/Cu/Ni/MgB₂)包套，14芯结构MgB₂超导带(Stenvall A等，stabilityconsiderations of multifilamentary，Supereond.Sci.Technol.19(2006)184-189)。意大利Columbus公司制备多芯技术采用先位(Ex-situ)技术不利于材料掺杂，以及需要高温热处理，不利于提高超导高场电流密度，另外由于其采用超导带结构形式，相比于多芯结构MgB₂超导线，不利于获得更均匀和精确的磁场空间，降低了其实际的应用价值和领域。美国HypeTech公司制备多芯技术由于采用CTFF+PIT制备多芯线，采用原位(in-situ)也可实现掺杂，实用化强，但该技术一方面由于内包套采用连续卷绕成型技术(CTFF)而非无缝结构，虽然有利于长线制备，但微观存在缝隙，该结构线在热处理是不利于提高超导芯的致密度，影响超导线导电性能，所以，不得不在外层增加Monel合金包套层提高超导芯致密度，采用该结构后一方面增加超导线成本，另一方面降低超导线的填充因子，导致工程电流密度下降。另外，在解决热稳定性问题，特别是运行在二硼化镁最具竞争优势的20～30K温度段时，上述两类超导线除了在超导线(带)中都采用Cu稳定材料外，均没作进一步考虑。