專利名稱：一種改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及Bi系高溫超導導線，具體涉及的是一種能夠改善Bi系高溫超 導線材內部界面條件的方法。
背景技術：
隨著高溫超導技術應用日趨廣泛，市場對高溫超導導線的需求將越來越大。 目前Bi系高溫超導導線是唯一能夠進行大規(guī)模生產(chǎn)的高溫超導導線，將使用冷 等靜壓方法壓制成的超導棒裝入到純銀套管，經(jīng)過冷拔后再按照相關要求截成 多段套裝到銀合金管中再次進行冷拔處理。然后將拔好的多芯線材按照超導帶 材尺寸要求軋制成超導帶材。經(jīng)過燒結熱處理工藝后即可得到所要的Bi系超導 帶材。
在超導線材軋制之前，Bay N等人認為產(chǎn)生裂紋最大的可能就是在超導線材
銀-超界面處。這是因為銀與超導陶瓷之間存在的巨大力學性能差異導致的。而 在BSCCO超導線材中，對電流起主要導流作用的又恰恰是銀-超界面處的Bi-2223
相超導晶粒。為了緩解這樣產(chǎn)生的裂紋，BayN等人采用不同銀合金材料、參入 不同合金元素的方法來減小兩種材料間的力學差異。雖然從裂紋的大小來說， 參入合金元素對材料力學性能有所改善，然而線材的電學性能卻有所下降。因 此，還是難以很好解決上述問題。
在裂紋控制和愈合裂紋方面，J W Anderson等認為中間軋制過程有利于破 碎已形成的一些燒結織構，使得在后續(xù)的燒結熱處理工藝中，促進材料的相變 反應，提高超導Bi-2223相的含量。中間軋制會引起一些軋制裂紋等缺陷的出 現(xiàn)，后續(xù)燒結熱處理對裂紋的愈合能力是評判中間軋制過程優(yōu)劣的重要標準。
上述過程均未述及通過應力控制的來減少超導線材銀-超界面的裂紋，進而 提高超導線材性能的方法。
Bi系高溫超導帶材中的微裂紋是阻礙超導電流提高的主要因素之一，而裂 紋的產(chǎn)生主要是由于超導帶材形變機加工過程中的內部殘余應力、帶材燒結過程中的熱應力等內在因素引起的。有效的控制和消除材料的內應力對減少超導
帶材內部銀-超界面的裂紋，對提高Bi系超導帶材的性能有著重要的意義。

發(fā)明內容
使用PIT法制備的Bi系超導線材典型結構是在銀管材的內部填加超導粉 體。銀基體和超導粉體在彈性模量、熱漲系數(shù)等基礎物理特性方面存在巨大差 異。Bi系超導線材的制備過程中需要進行形變機加工，該過程將使得物理特性 相差較大的超導線材銀基體和中間粉體的界面上產(chǎn)生相差較大的內應力。該內 應力主要是由于形變機加工過程引起的。由于兩種材料的熱漲性能差異巨大， 當帶材置入燒結熱處理爐中，在外界溫度和內部殘余應力的共同作用下，線材 內部將會沿著銀-超界面或者鄰近區(qū)域產(chǎn)生巨大裂紋。利用SEM方法觀測到的裂 紋長度有的能夠達到50 nm以上。這樣的裂紋將會嚴重降低超導線材的最終性 能。
因此，如何能夠降低由于內應力和燒結熱處理引起的材料內部的裂紋是提 高超導帶材性能的關鍵。本發(fā)明利用線材單芯拔制完成后、多芯拔制完成后， 以及初軋后和第一次燒結熱處理前，增加預處理工藝等方法，對殘余線材內部 的內應力先行消除。降低了內應力對銀-超界面的影響，減少了裂紋的產(chǎn)生，提 高了超導線材性能。
本發(fā)明方法在超導單芯線材終拔后、多芯線材終拔后以及第一次燒結熱處 理前，對超導線材進行了不同工藝的退火處理。從而達到減少內裂紋、提高c 軸織構，進而達到提高超導線材性能的目的。
本發(fā)明方法主要包含如下步驟
第一步在單芯線材終拔后，使用200。C 450。C和2h-50h的較低溫度、較 長時間對線材進行退火處理，以減少銀-超界面處的機械殘余應力。
在上述單芯線材終拔后的退火處理工藝方法中，優(yōu)選的溫度范圍為至少250 。C但不超過35(TC，保溫時間范圍為至少5小時但不超過20小時。在該溫度范
圍內，可以有效地減少銀-超界面處的機械殘余應力。
第二步在多芯線材終拔后，使用200。C 550。C和0. 5h-50h的較低溫度、較長時間預處理，目的是為了有效消除拔制過程引發(fā)的形變應力。
在上述多芯線材終拔后退火處理工藝方法中，優(yōu)選的溫度范圍為至少400 'C但不超過500°C，保溫時間范圍為至少1小時但不超過20小時，可以有效消 除拔制過程引發(fā)的形變應力。
第三步對預處理后的多芯線材進行至少6小時的時效處理，也可以是帶 氣氛保護條件的時效處理，然后進行軋制。
在上述預處理后的時效處理中，優(yōu)選的時間至少為12小時，可以是在空氣 中進行也可以是帶氣氛保護條件的時效處理，氣氛氣體可以是氮氣、氮氫氣， 包括但不排除其他保護氣體，用以防止線材被氧化。
第四步在線材軋制后，使用溫度為200'C 55(TC和0. 5h-50h的較低溫度、 較長時間預處理，目的是為了有效消除軋制過程引發(fā)的形變應力。
在上述線材軋制后退火處理工藝方法中，優(yōu)選的溫度范圍為至少40(TC但不 超過500°C，保溫時間范圍為至少1小時但不超過20小時，可以有效消除軋制 過程引發(fā)的形變應力。
為了達到控制和消除超導材料在形變機加工過程中的內部殘余應力的目 的，也可以進行多次上述過程的退火工藝處理。
在上述四步退火處理工藝完成后，按照標準工藝完成后續(xù)HT1、 HT2、 PA燒 結熱處理過程，以獲得高性能的Bi系超導線材。
上述本發(fā)明的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法，通過先行消除 Bi系導線中線材內部的殘余內應力，進而降低殘余內應力對銀-超界面的影響， 減少裂紋的產(chǎn)生，提高超導線材的性能。同時，上述改善Bi系高溫超導線材內 部界面條件的方法也可通過改變溫度和處理時間，用于對MgB2超導線材的預處理 及熱處理工藝中。
使用本發(fā)明可以達到以下效果
上述工藝過程的主要目的是消除超導線材內部由于形變加工引起的內部殘 余應力以及減小燒結熱處理工藝引起的熱應力對線材內部微觀結構的影響。
利用本發(fā)明方法制備的超導帶材，銀-超界面條件得到明顯改善。內裂紋的 長度小于5pm，帶材內部Bi-2223相的晶粒取向角差小于10°，帶材(多芯)進行第一次熱處理前內部的殘余應力小于0.5MPa。
具體實施例方式
實施例一
將使用冷等靜壓方法壓制成的超導棒裝入到純銀套管，經(jīng)過冷拔后拔成單 芯超導線材，在單芯線材最終拔制后，在300'C的溫度下保溫4小時對線材進行 退火處理。再按照相關要求將單芯線材截成37段或61段套裝到銀合金管中即 成為多芯線材，然后對多芯線材進行拔制，在多芯線材最終拔制完成后，在480 'C的溫度下保溫1小時對線材進行預處理。然后，在氮氫氣體(氫氣〈3%)的氣 氛下，對預處理后的多芯線材進行24小時的時效處理，然后進行軋制。在線材 軋制后，在溫度為480。C下進行1.5小時的預處理。
在上述退火處理工藝全部完成后，按照標準工藝完成后續(xù)HT1、 DR1、 HT2、 PA燒結熱處理過程，以獲得高性能的Bi系超導線材。
實施例2
將使用冷等靜壓方法壓制成的超導棒裝入到純銀套管，經(jīng)過冷拔后拔成 單芯超導線材，在單芯線材最終拔制后，在28(TC的溫度下保溫8小時對線材進 行退火處理。再按照相關要求將單芯線材截成37段或61段套裝到銀合金管中 即成為多芯線材，然后對多芯線材進行拔制，在多芯線材最終拔制完成后，在 43(TC的溫度下保溫3小時對線材進行預處理。然后，在氮氣(純氮氣)的氣氛 下，對預處理后的多芯線材進行12小時的時效處理，然后進行軋制。在線材軋 制后，在溫度為430。C下進行4小時的預處理。
在上述退火處理工藝全部完成后，按照標準工藝完成后續(xù)HT1、 DR1、 HT2、 PA燒結熱處理過程，以獲得高性能的Bi系超導線材。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的 限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何 熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述 揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改 為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本
7發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬 于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1、一種能夠改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法，其特征在于該方法在超導單芯線材終拔后、多芯線材終拔后以及第一次燒結熱處理前，對超導線材進行了不同工藝的退火處理。本發(fā)明主要包含如下步驟第一步在單芯線材終拔后，使用200℃～450℃和2h-50h的較低溫度、較長時間對線材進行退火處理，減少銀-超界面處的機械殘余應力。第二步在多芯線材終拔后，使用200℃～550℃和0.5h-50h的較低溫度、較長時間預處理，目的是為了有效消除拔制過程引發(fā)的形變應力。第三步對預處理后的多芯線材進行至少6小時的時效處理，也可以是帶氣氛保護條件的時效處理，然后進行軋制。第四步在線材軋制后，使用溫度為200℃～550℃和0.5h-50h的較低溫度、較長時間預處理，目的是為了有效消除軋制過程引發(fā)的形變應力。
2、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于所述的線材為Bi系高溫超導導線，主要是BSCC0-2223高溫超導導 線。
3、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于所述的退火處理工藝是在第一次燒結熱處理前進行的。
4、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于在所述的單芯線材終拔后，對線材進行的較低溫度、較長時間退火 處理為至少一次。
5、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于在所述的多芯線材終拔后，對線材進行的較低溫度、較長時間預處 理為至少一次。
6、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于在所述的線材軋制后，對線材進行的較低溫度、較長時間預處理為 至少一次。
7、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于在單芯線材終拔后對線材進行的退火處理，溫度范圍為至少25(TC但不超過350°C，保溫時間范圍為至少5小時但不超過20小時。
8、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于在多芯線材終拔后對線材進行的預處理，溫度范圍為至少40(TC但不 超過500'C,保溫時間范圍為至少1小時但不超過20小時。
9、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于對預處理后的多芯線材進行至少12小時的時效處理，可以是在空氣 中進行也可以是帶氣氛保護條件的時效處理，氣氛氣體可以是氮氣、氮氫氣， 包括但不排除其他保護氣體。
10、 根據(jù)權利要求1所述的改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法， 其特征在于在線材軋制后的預處理時，溫度范圍為至少40(TC但不超過500°C， 保溫時間范圍為至少1小時但不超過20小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種能夠改善Bi系高溫超導線材內部界面條件的方法，利用線材單芯拔制完成后、多芯拔制完成后，以及初軋后和第一次燒結熱處理前，增加預處理工藝等方法，對殘余線材內部的內應力先行消除，降低內應力對銀-超界面的影響，減少裂紋的產(chǎn)生，提高超導線材性能。利用本發(fā)明方法制備的超導帶材，銀-超界面條件得到明顯改善，內裂紋的長度小于5μm，帶材內部Bi-2223相的晶粒取向角差小于10°，帶材(多芯)進行第一次熱處理前內部的殘余應力小于0.5MPa。
文檔編號C21D1/26GK101580897SQ20091008594
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月3日 優(yōu)先權日2009年6月3日
發(fā)明者睿 劉 申請人:北京英納超導技術有限公司