[发明专利]Nb3Al超导线材多芯线前驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导材料制备技术领域，具体涉及一种Nb₃Al超导线材多芯线前驱体的制备方法。

背景技术

在众多实用超导材料中，NbTi合金及Nb₃Sn等A15结构金属间化合物得到广泛开发和应用，其中NbTi和Nb₃Sn已经实现商业化应用，但是随着大型科学研究和商业应用要求的不断提高，Nb₃Sn（4.2K，Hc₂=22T~26T）的性能已经逐渐不能满足需求。作为A15型金属间化合物的一种，Nb₃Al超导材料具有更高的临界磁场和临界电流密度，高场下Nb₃Al的应力和应变关系研究表明，该材料具有非常好的抗应变能力，同时具有很好的辐照敏感性，是未来大型核聚变反应堆、高能粒子加速器、NMR等高场应用中替代Nb₃Sn的理想材料。

超导材料通常先加工成线材以备使用，目前，Nb₃Al超导线材的加工主要有如下两种方法：

1.卷绕法(jelly roll)：将Nb箔和Al箔交替缠绕在Nb棒上，装入Nb管中拉拔成单芯线，然后将单芯线切成数段，并装入Nb管内进行拉拔，制得多芯线，将所得多芯线通过快热快冷方式进行热处理，即可得到Nb₃Al多芯超导线材。该方法在前驱体的制备过程中，由于需要将Nb箔和Al箔紧密交替缠绕在Nb棒上，需要特殊的设备，给前驱体加工造成一定的难度。

2.粉末装管法(powder in tube)：将高纯Nb粉和高纯Al粉混合均匀后装入Nb管，进行拉拔得到单芯线，然后将单芯线切成数段并装入Nb管内进行拉拔，制得多芯线，将所得多芯线通过热处理，即可得到Nb₃Al多芯超导线材。由于Al粉很容易氧化，通过该方法制备前驱体时很难去除Al颗粒表面的氧化层，致使热处理后的线材中存在较多的杂相。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Nb₃Al超导线材多芯线前驱体的制备方法，解决了现有制备方法对制造设备要求苛刻以及难以去除Al颗粒表面的氧化层的问题。

本发明所采用的技术方案是：Nb₃Al超导线材多芯线前驱体的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制备复合体棒材

取多片形状相同、厚度一致的Nb片材，再取多片形状相同、厚度一致的Al片材或者Al-X合金片材，所述Nb片材、Al片材或者Al-X合金片材的形状相同，Nb片材与Al片材或者Nb片材与Al-X合金片材的厚度比为3:1，将所述Nb片材和Al片材或者Nb片材和Al-X合金片材交错贴合，形成Nb、Al或Nb、Al-X的复合片材，再沿着所述复合片材的非贴合面的法线方向进行切割，切割线的轨迹为圆形，形成圆柱形复合片材，再将所述圆柱形复合片材装入内径与所述圆柱形复合片材的外径相适应的Nb管中，制得复合体棒材；

第二步，制备Nb₃Al超导线材单芯线前驱体

将第一步制得的复合体棒材进行多道次的拉拔加工，制得Nb₃Al超导线材单芯线前驱体；

第三步，制备Nb₃Al超导线材多芯线前驱体

取7~2000根第二步制得的Nb₃Al超导线材单芯线前驱体，将这些Nb₃Al超导线材单芯线前驱体装入Nb管中，再进行多道次的拉拔加工，获得Nb₃Al超导线材前驱体。

本发明的特点还在于，

Al-X合金片材中X占Al、X总量的质量份数为2%~10%，Al、X的质量百分比总和为100%。

Al-X合金片材为Al-Mg合金片、Al-Cu合金片、Al-Ag合金片、Al-Zn合金片或Al-Ge合金片。

第二步中拉拔加工的加工速率为每分钟8~20米，每个加工道次的材料变形率为10%~20%，形成的Nb₃Al超导线材单芯线前驱体的横截面为圆形，横截面的直径为0.8mm~2.0mm。

第三步中拉拔加工的加工速率为每分钟8~20米，每个加工道次的材料变形率为10%~20%，形成的Nb₃Al超导线材多芯线前驱体的横截面为圆形，横截面的直径为0.8mm~1.0mm。