[发明专利]一种以Nb47Ti棒作为添加Ti元素制备高场Nb3Sn超导股线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以Nb47Ti棒作为添加源添加Ti元素制备高场Nb₃Sn超导股线的方法，属于超导材料制备技术领域，涉及一种在高场Nb₃Sn股线制备过程中以Nb47Ti棒的形式添加Ti元素的方法。

背景技术

内锡法Nb₃Sn股线主要应用在热核聚变反应实验堆(ITER)、NMR、高能物理、粒子加速器磁体等高技术领域，为了提高高场下股线的载流能力，商用Nb₃Sn股线都需要添加第三元素Ti或Ta，考虑到成本及添加方法，添加Ti元素是首选。在内锡法Nb₃Sn股线制备工艺中，因Cu、Nb、Sn各组元彼此独立，设计灵活，使得Ti元素的添加方法具有多样性及灵活性。经过近几年的发展，较为成熟的Ti添加方式有两种：一种是将Ti添加在Sn源中形成Sn-Ti合金，另一种是以Nb47Ti芯作为独立的组元替换少数Nb芯。第一种方法发展较早，也见于国内外相关论文及专利，但是由于Sn-Ti合金的制作成本较高，而且合金中较大尺寸Ti6Sn5颗粒的硬脆性也限制了该方法的进一步发展。Nb47Ti的添加方法成本低，而且塑性很好，是Nb₃Sn股线制备较为理想的Ti添加方法。该方法尚处于初始应用阶段，其中的关键技术被国外一些超导材料生产公司作为商业秘密所掌握，相关的论文及专利也仅仅限于介绍。

以Nb47Ti的方式添加Ti元素，分布方式的设计决定了股线热处理过程中Ti扩散的均匀性，从而决定了Ti元素的添加效果；而添加数量决定了Ti的添加比例；在加工过程中要保证Nb47Ti芯丝与Nb芯丝的同步变形以保证股线的正常拉伸，所以加工方式以及加工参数则决定了该方法能否成功应用于生产。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种以Nb47Ti棒作为添加Ti元素制备高场Nb₃Sn超导股线的方法。

技术方案

一种以Nb47Ti棒作为添加Ti元素制备高场Nb₃Sn超导股线的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1采用CuNb单芯棒进行包套组装：由外到内依次为：Cu包套、Nb阻隔层、CuNb单芯棒和Nb47Ti单芯棒、纯Cu芯棒；组装过程为在密排的纯Cu芯棒中心层外围密排分布CuNb单芯棒，在CuNb单芯棒中间对称均匀分布设置若干Nb47Ti单芯棒，再套上Nb阻隔层后一起装进Cu包套中，最后用纯铜插缝棒插进Nb阻隔层与CuNb单芯棒之间的缝隙，盖好上下盖，完成组装；所述的CuNb单芯棒、Nb47Ti单芯棒和纯Cu芯棒的形状均为六方；

所述Nb47Ti单芯棒与CuNb单芯棒大小形状相同；

所述CuNb单芯棒为200～400支；

所述Nb47Ti单芯棒为5～20支；

步骤2对组装好的CuNb多芯包套进行除气处理：在真空热处理炉内进行，打开包套一端的端盖，除气真空度为10^-2Pa，除气温度为450℃，待包套温度降至50℃以下时可以出炉，完成除气工序；

步骤3对除气后的包套进行焊接处理：在真空电子束焊机中进行，当真空度到5.0×10^-3Pa后对包套的上下端盖进行电子束封焊，将各组元密封在Cu包套内；待包套冷却30min后取出，完成焊接；

步骤4对焊接的包套进行挤压：在卧式挤压机上进行，挤压前将包套充分加热至600℃，再按照10～30mm/S的速度挤压，挤压比控制在10～20，得到高场Nb₃Sn超导股线制备用具有Nb47Ti芯的CuNb多芯复合棒；

步骤5亚组元的制备：将获得的具有Nb47Ti的CuNb多芯复合棒截断为单根1.2～1.5m，在深孔加工设备上进行深孔加工去掉中心部分Cu区获得具有Nb47Ti的CuNb多芯复合管，经过清洗的Sn合金组装在复合管内获得具有Sn源的CuNb-Sn多芯复合体，再拉伸加工这种复合体获得用于组装最终坯料的亚组元；

步骤6最终坯料加工：按照产品要求将若干数目的亚组元与纯Cu芯棒集束组装在Cu管内获得最终坯料，经过拉伸加工这种最终坯料获得高场Nb₃Sn超导股线。

有益效果