[发明专利]一种各向同性铋系高温超导细线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料领域，特别是关于一种铋系高温超导细线的制备方法。

背景技术

高温超导导线以其大通流能力，低损耗等特性，已经日益得到广泛的应用。目前高温超导导线主要有两种：一种为以Bi-2212/Ag和Bi-2223/Ag为代表的铋系导线；另一种为以YBCO为代表的钇系覆膜导体。目前无论铋系还是钇系为了取得较高的超导性能多被制备为带材。Bi-2212/Ag导线可以被制备为圆线，但由于其临界温度低(～80K)，故虽其为高温超导材料，但实际应用中多集中于30K以下低温区。因此，30～77K温度(液氮温度)已得到实际应用的高温超导导线全部为具有强的各向异性的带材。带材通流后处于自场和外场叠加的磁场环境中，由于高温超导材料本征的钉扎各向异性，使得其通流能力在相同磁场强度情况下强烈依赖于磁场的方向，磁场垂直于带材宽面时的通流能力明显劣于磁场平行于带材宽面的通流能力，这就为高温超导导体或器件的设计带来很多限制。同时，由于高温超导材料母体为陶瓷结构，具有脆性不抗拉的特点，通常弯曲应变小于0.4％，因此沿以宽面法线为半径的圆弧方向弯曲可以，但沿以带边法线方向为半径的圆弧弯曲几乎不可能，这在很大程度的限制了导线绕制所成导体或器件的形状。以上两点极大的限制了高温超导导线的应用范围。因此制备各向同性铋系导线成为了迫切需要。为了保证导线的各向同性，传统带材制备过程中所采用的平面轧制和单轴压制的方法已不再适用。这就造成了两个问题，超导芯密度难于提高和超导芯织构难于增强，而这两者对提高铋系导线的临界电流至关重要。

发明内容

针对上述目前铋系带材各向异性的问题以及制备各向同性导线可能存在的密度低，织构差的问题，，本发明的目的是提供一种具有各向同性的高温超导细线的制备方法。意在从根本上解决导线电磁及形状各向异性的问题并且提高导线的临界电流，为铋系高温超导材料的更大规模的广泛应用奠定了材料基础。

本发明的主要原则在于采用传统粉末套管法Powder In Tube(PIT法)，制备出多芯圆线后以及铋系导线在进行退火处理之前，导线需经过至少一次初始机械形变处理，并在预热处理后对细线进行至少一次的中间机械形变处理的过程。本发明通过成功制备出铋系高温超导各向同性细线，克服了目前高温超导导线普遍存在的带状结构的各向异性问题。由于其兼具电磁和形状各向同性，方便了铋系高温超导组合导线的组装及高温超导器件的绕制，具有广泛的应用前景，因此本发明可以实际应用于铋系高温超导导线的大规模化生产中。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种各向同性铋系高温超导细线的制备方法，其主要制备过程如下，如图(1)所示：

(1)采用传统粉末套管法制备出多芯圆线；

(2)将制备出的多芯圆线经过初始机械形变至所需细线尺寸，并进行预热处理；

(3)将预热处理后的细线进行中间机械形变处理，使其形变至较小的细线；

(4)将经过中间机械形变处理后的细线进行后退火处理，制成最终成品铋系高温超导细线；

所述步骤(1)中，各向同性多芯细线的制备可以采用单次多芯粉末套管法，也可以进行两次及以上粉末套管法进行多芯制备。

所述的步骤(2)中，初始机械形变过程可采用拔制或轧制两种方法中的任意一种。

所述的步骤(3)中，中间机械形变过程可采用拔制、轧制或等静压三种方法中的任意一种，如图(2)所示。所述的初始或中间机械形变可采用拔制于段，拔制应力为0.01Gpa～3Gpa。其中在采用拔制方法时，为了增大中间拔制过程中的拔制应力，可采用增大单道形变量以提高拔制应力；也可以在预热处理完的细线外套以铜管、钢管或不锈钢管及其它高强度金属或合金管再进行拔制，以便增大拔制应力。

所述的初始或中间机械形变可采用孔型轧制手段，轧制应力为0.03Gpa～3Gpa。

所述的初始或中间机械形变可采用等静压手段，等静压压强为0.05Gpa～5Gpa。

所述的初始或中间机械形变过程中形变量为5％～90％。

所述的未进行预热处理的细圆线直径为0.1mm～2.5mm之间，未进行预热处理的细方线截面边长为0.1mm～2.5mm。

根据所述的方法制备的一种各向同性铋系高温超导细线，该铋系高温超导细线具有圆形或方形的截面，且导线为多芯结构，其中每个单芯丝在最终热处理完成后具有多边形锐角星形结构。

所述铋系高温超导细线为Bi-2212或Bi-2223的复合导线，所述铋系高温超导细线的芯数为3-1000芯。