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鈮三錫高場(chǎng)導(dǎo)體的制備方法

文檔序號(hào):6798055閱讀:686來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):鈮三錫高場(chǎng)導(dǎo)體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是鈮管富錫法制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法的改進(jìn),屬于超導(dǎo)導(dǎo)體加工工藝。
添加第三元素是提高Nb3Sn高場(chǎng)性能的有效途徑。采用Nb管富錫法制備N(xiāo)b3Sn導(dǎo)體,在Nb材中添加第三元素Ti(Proc,of Joint Japan-China Seminar IIon Superconductivity,Sendai,Japan,1986,P8)或在富錫合金中添加第三元素Ti(低溫物理,V7,1985,274)均可明顯改善Nb3Sn導(dǎo)體在大于12特斯拉磁場(chǎng)區(qū)域的載流能力,其原因主要是提高了上臨界場(chǎng)Hc2,而在富錫合金中添加第三元素Mg,可明顯改善Nb3Sn導(dǎo)體在小于12特斯拉磁場(chǎng)區(qū)域的載流能力,這歸因于進(jìn)入Nb3Sn反應(yīng)層的Mg以Mg-Nb-O化合物沉淀相粒子彌散分布在Nb3Sn層靠近Cu-Sn-Mg母材側(cè)的晶粒中,并細(xì)化了這部分晶粒,從而增強(qiáng)了磁通釘扎(低溫物理學(xué)報(bào)V9,1987,107)。
由于Ti和Mg改善Nb3Sn材料載流能力的機(jī)制不同;另外,由于Ti進(jìn)入A15型(Nb,Ti)3Sn化合物晶格,并占據(jù)Nb原子的結(jié)晶學(xué)位置(J.Appl.Phys V55,1984,4330),進(jìn)入Nb3Sn反應(yīng)層的Mg以Mg-Nb-O化合物沉淀相彌散分布在Cu-Sn-Mg母材側(cè)的Nb3Sn晶粒中,因此,Ti和Mg在Nb3Sn中的存在形態(tài)也不同。因而,可以在Nb3Sn中同時(shí)加入Ti和Mg,從而在0-20特斯拉的整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)改善Nb3Sn的載流能力。
發(fā)明人曾在CN85107979A中改進(jìn)了鈮管富錫法制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法。本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步對(duì)鈮管富錫法加以改進(jìn),同時(shí)將Ti和Mg作為第三元素和第四元素加入到母材和鈮材中,使Ti和Mg聯(lián)合對(duì)改善Nb3Sn導(dǎo)體的載流能力發(fā)生作用,從而明顯提高Nb3Sn導(dǎo)體在0-20特斯拉整個(gè)實(shí)用磁場(chǎng)區(qū)域的載流能力,即提高Nb3Sn導(dǎo)體的臨界電流密度。
以下說(shuō)明一般的鈮管富錫法制備二元或添加一種合金元素的Nb3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法。
圖1是鈮管富錫法制備二元Nb3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法。圖中1是用中頻感應(yīng)爐熔煉富Sn的Sn-Cu合金,含銅量為5-8wt%(wt%是重量百分比),2是將富錫合金車(chē)皮、冷鍛和冷拉成棒,3是酸洗工藝。4為一定尺寸的紫銅管,一般選擇Cu管尺寸應(yīng)保證Cu管和富錫合金的均勻化后,Sn的名義平均成份小于38wt%,5是酸洗工藝。6,7,8分別是Cu管與富錫合金棒。9與10為Nb管及其酸洗工藝。11與12為OFHC銅管及其酸洗工藝。30是內(nèi)層包銅富錫合金棒、中間Nb管和外層OFHC Cu管單芯復(fù)合棒,31是將單芯復(fù)合棒冷拉成一定尺寸的六角棒并進(jìn)行長(zhǎng)度定尺,32是復(fù)合棒酸洗。40和41是OFHC Cu管及其酸洗。50為OFHC Cu管與多根單芯復(fù)合棒進(jìn)行多芯復(fù)合,51和52是多芯復(fù)合棒的冷拉和擰扭工藝。61為繞制磁體,62與63為Nb3Sn生成擴(kuò)散熱處理。
把第三元素Ti單獨(dú)添加到Nb材中的鈮管富錫法制備N(xiāo)b3Sn導(dǎo)體的工藝流程與圖1基本相同,只需用含Ti為(0.5-1.5)wt%的Nb-Ti合金管代替圖1中的鈮管9。含Ti為(0.5-1.5)wt%的Nb-Ti合金管的制備方法如圖2所示。圖中20是電子束轟擊的高純Nb材,21是海綿鈦經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉的純Ti材料,22是將純Nb和純Ti經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉得的Nb-(0.5-1.5)wt%Ti合金錠,23是合金錠中心打孔并在500-800℃下熱擠壓成管材并繼續(xù)冷加工成所需尺寸。
把第三元素Ti或Mg單獨(dú)加入到富錫的Sn-Cu合金中的Nb管富錫法制備N(xiāo)b3Sn導(dǎo)體的工藝流程亦與圖1基本相同,只是以含Ti量為(0.5-1.5)wt%或含Mg量為(0.4-1.2)wt%的富錫合金代替圖1中的Sn-Cu合金1。圖3說(shuō)明了含Ti或含Mg的富錫合金制備方法,圖中70是用非自耗真空電弧爐熔煉的Cu-(30-100)wt%Ti或Cu-(40-100)wt%Mg中間合金,71是中間合金加Sn和Cu熔煉成Sn-(0-5)wt%Cu-(0.5-1.5)wt%Ti或Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg的富錫合金。
上述添加一種元素的鈮管富錫法制備N(xiāo)b3Sn的方法在CN85107979中已有敘述。
本發(fā)明的特征在于將Ti和Mg作為第三和第四元素同時(shí)加入到母材或Nb材中,制得同時(shí)含有Ti和Mg的Nb3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體。
使用本發(fā)明的方法,Nb3Sn導(dǎo)體的臨界電流密度和磁場(chǎng)的關(guān)系如圖4所示。圖中曲線a為不添加第三元素的二元素Nb3Sn導(dǎo)體,曲線b為將Mg添加到富錫合金中制得的Nb3Sn導(dǎo)體,曲線c是在Nb材中添加Ti得到的Nb3Sn導(dǎo)體,曲線d是在富錫合金中加Ti得到的Nb3Sn導(dǎo)體。本發(fā)明同時(shí)添加二種元素的含Ti、Mg的Nb3Sn導(dǎo)體的關(guān)系曲線為圖中e。由圖可見(jiàn),采用本發(fā)明的方法制備的含Ti、Mg的Nb3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體在0-20特拉斯的實(shí)用磁場(chǎng)范圍,其臨界電流密度顯著提高,因而提高了Nb3Sn導(dǎo)體加載流能力。
以下結(jié)合


本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例實(shí)施例1用圖2方法制得的Nb-(0.5-1.5)wt%Ti合金管23代替圖1中的Nb管9,用以圖3方法制得的Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg富Sn合金代替圖1中的Cu-Sn合金1。即在Nb3Sn導(dǎo)體制備過(guò)程中,Ti作為第三元素添加到Nb材中的同時(shí),Mg作為第四元素加入到母材富錫合金中。其余工藝與圖1相同。
實(shí)施例2先按圖5的流程制備Cu-Ti或Cu-Mg合金,圖中80是用真空中頻感應(yīng)爐熔煉Cu-(30-50)wt%Ti或Cu-(40-60)wt%Mg中間合金,81是中間合金加Cu熔煉成Cu-(0.4-1.5)wt%Ti或Cu(0.2-3)wt%Mg合金管。
用按圖5方法制得的Cu-(0.4-1.5)wt%Ti或Cu-(0.2-3)wt%Mg合金管82代替圖1中的紫銅管4,用按圖3方法制得的含Mg或Ti的富錫合金Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg或Sn-(0-5)wt%Cu-(0.5-1.5)wt%Ti代替圖1中的富錫合金1,即在Nb3Sn導(dǎo)體制備工藝中,Ti和Mg作為第三元素和第四元素分別添加到Nb管內(nèi)的Cu材和富Sn合金中。第三元素Ti和第四元素Mg的添加位置可以互換,即如以Cu-Ti合金代替圖1中的紫銅管4,則以含Mg的富Sn合金代替圖1中的1;如以Cu-Mg合金代替圖1中的紫銅管4,則以含Ti的富錫合金代替圖1中的1。
實(shí)施例3如圖6所示,它是用經(jīng)電子束轟擊的高純Nb錠中心打孔制作單芯Cu/Nb/Cu-(0.4-1.5)wt%Ti擠壓管代替圖1中的內(nèi)外套Cu的Nb管,同時(shí)使用Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg富錫合金棒代替Sn-Cu富錫合金。圖6中71為圖3中的Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg富錫合金棒,2,3是即圖1中的富錫合金車(chē)皮、冷鍛和冷拉成棒以及酸洗工藝,只是現(xiàn)在富錫合金中含Mg。82為圖5工藝所得到的Cu-(0.4-1.5)wt%Ti合金管狀內(nèi)套筒,5是如圖1中相同的酸洗工藝。90是經(jīng)電子束轟擊熔煉的Nb錠中心打孔代替了圖1中的9(鈮管)。10、11、12與圖1相同。16是將內(nèi)、中、外的Cu-(0.4-1.5)wt%Ti套筒、打孔的Nb錠和OFHC Cu管相配合,在真空中進(jìn)行電子束封焊,制成Cu/Nb/Cu-(0.4-1.5)wt%Ti復(fù)合管狀擠壓錠,17是管狀擠壓錠在500-800℃下熱擠壓,18是將擠壓管冷拉和冷軋成所需尺寸,19是酸洗工藝。33是將含Mg的富錫合金棒與Cu/Nb/Cu-(0.4-1.5)wt%Ti擠壓管復(fù)合成單芯復(fù)合棒。其余標(biāo)號(hào)31、32、40、41、50、51、52、61、62、63的流程與圖1相同。
實(shí)施例4工藝流程同圖6,只是用打孔的Nb-(0.5-1.5)wt%Ti合金錠代替中心打孔的Nb錠90,以純紫銅內(nèi)套筒代替Cu-(0.4-1.5)wt%Ti合金管狀內(nèi)套筒82。即形成Cu/Nb-(0.5-1.5)wt%Ti/Cu擠壓管再與含Mg的富錫合金復(fù)合。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是鈮管富錫法制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體方法的改進(jìn),屬于超導(dǎo)導(dǎo)體的加工工藝,本發(fā)明的特征在于將Ti和Mg作為第三和第四元素同時(shí)加入到母材和鈮材中。
2.按權(quán)利要求1所述的制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法,其特征在于Ti作為第三元素加入Nb材中,Mg作為第四元素添加到母材富錫合金中。
3.按權(quán)利要求1或2所述的制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法,其特征在于加入到Nb材中的Ti是以Nb-(0.5-1.5)wt%Ti合金管的形式加入的,而加入到富錫合金中的Mg是以Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg合金的形成加入的。
4.按權(quán)利要求1所述的制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法,其特征在于將Ti和Mg作為第三和第四元素同時(shí)分別加入到Nb管內(nèi)的Cu材和富錫合金中,第三和第四元素Ti和Mg的添加位置可以互換。
5.按權(quán)利要求1或4所述的制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法,其特征在于加入到銅材中的第三元素Ti或第四元素Mg是以Cu-(0.4-1.5)wt%Ti或Cu-(0.2-3)wt%Mg的形成加入的,而添加到富錫合金中的第四元素或第三元素Ti是以Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg或Sn-(0-5)wt%Cu-(0.5-1.5)wt%Ti的形成加入的。
6.按權(quán)利要求1所述的制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法,其特征在于第三元素Ti是以Cu/Nb/Cu-(0.4-1.5)wt%Ti擠壓管形成加入,第四元素Mg是以Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg的形成加入到富Sn合金中的。
7.按權(quán)利要求1所述的制備N(xiāo)b3Sn高場(chǎng)導(dǎo)體的方法,其特征在于第三元素Ti是以Cu/Nb-(0.5-1.5)wt%Ti/Cu擠壓管的形式加入,第四元素Mg是以Sn-(0-5)wt%Cu-(0.4-1.2)wt%Mg形式加入到富Sn合金中的。
全文摘要
本發(fā)明是鈮管富錫法制備N(xiāo)b
文檔編號(hào)H01B12/00GK1034088SQ88105619
公開(kāi)日1989年7月19日 申請(qǐng)日期1988年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月23日
發(fā)明者何牧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所
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