CN101880791A - 一种涂层导体用Cu基合金基带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涂层导体用Cu基合金基带及其制备方法，属于高温超导涂层导体金属基带技术领域。合金基带的组分及其原子百分含量为Cu(48～68at.％)，Ni(30～50at.％)，W(0.3～3at.％)。其制备方法，采用粉末冶金，包括以下步骤：(1)初始粉末的混合与模具填充，(2)合金压坯的压制与烧结，(3)初始坯锭的形变轧制，(4)冷轧基带的再结晶热处理。本发明的合金基带具有无磁性，良好抗氧化性，高电导率，高立方织构等特点。

Description

一种涂层导体用Cu基合金基带及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层导体用Cu基合金基带及其制备方法，属于高温超导涂层导体金属基带技术领域。

背景技术

随着人们的深入研究发现，以YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)为代表的第二代高温超导涂层导体有着优越的性能，特别是其在强电领域有着广泛的应用前景。制备高性能的金属基带是制备高性能涂层超导体的前提。作为涂层导体的基带材料不仅要求材料易获得高立方织构，而且要求基带材料有较低磁性和高的电导。因为只有在高立方织构金属基带上通过外延生长方式沉积过渡层与超导层才可获得高临界电流的超导体；同时，低磁性能够减少超导体在实际应用中的交流损耗，而高的电导率可以很好的承载一部分超导线材的电流。目前，研究最为广泛的基带材料是Ni及Ni基合金基带，特别是Ni5W合金基带。但是Ni5W合金基带在液氮温区仍具有铁磁性，因而限制了它的实际应用，特别是强场中的应用。鉴于此，人们选择将导电性更好、无磁性、且易获得高立方织构的Cu及Cu基合金金属制备成涂层导体基底。而其中，铜镍合金基带又是受到特别青睐的一种铜基合金基带。但是，经研究发现，传统的铜镍合金基带材料，在后续外延沉积生长过渡层及超导层YBCO的过程中，基带易被氧化，使得立方织构含量降低，从而影响了后续过渡层与超导层的外延生长，最终影响涂层超导体的性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种无磁性，高电导，抗氧化性良好，高立方织构Cu基合金基带及其制备方法。采用此发明制备的铜基合金基带能够很好的满足外延生长过渡层及YBCO超导层的要求，最终获得高性能的涂层超导体。

本发明提供一种高温超导涂层导体用Cu基合金基带，此合金基带的组分及原子百分含量具体如下：

Cu48～68at.％，Ni 30～50at.％，W 0.3～3at.％

本发明提供一种高温超导涂层导体用Cu基合金基带的其制备方法，其特征在于，采用粉末冶金，其工艺步骤如下：

(1)初始粉末的混合与模具填充

首先将Cu、Ni和W三种粉末，按上述成分配比进行称量配粉，然后采用高能球磨机进行球磨，待充分混合均匀后，将混好的粉末装入模具中；

(2)合金压坯的压制与烧结

方法一是将步骤(1)中已置于模具中的上述粉末采用传统的粉末冶金冷等静压压制技术成型，其中压制压力为150～300MPa，保压时间为5min，将压制好的压坯在Ar/H₂混合气体保护或真空条件800～1100℃下进行均匀化处理，烧结时间为5～15h，得到初始坯锭；

方法二是采用放电等离子体烧结技术，将已填充了粉末的模具放入烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结压力为30～50Mpa，烧结温度为700～1000℃，时间为5～60min，得到压坯，随后再将压制好的压坯在Ar/H₂混合气体保护或真空条件800～1100℃下进行均匀化处理，烧结时间为5～10h，得到初始坯锭；

(3)初始坯锭的形变轧制

方法一对初始坯锭进行直接冷轧，道次变形量为5～15％，总变形量不小于95％，得到厚度为60～120um的冷轧基带；

方法二对初始坯锭进行直接冷轧，道次变形量为5～15％，当变形量达到60％以上时，在Ar/H₂混合气体保护或真空条件300～500℃下进行中间热处理，热处理时间为1～5h，对已进行热处理的形变基带继续轧制，最终得到变形量不小于95％，厚度为60～120um的冷轧基带；

(4)冷轧基带的再结晶热处理

步骤(3)得到的冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护或真空条件下于700～1100℃下退火0.5～2h；或者在200～500℃下退火30～60min，然后再升温至700～1100℃退火30～120min，得到一种涂层导体用Cu基合金基带。

通过本发明的方法制得的Cu基合金基带具有以下几个特点：

1、由于本发明的合金基带，其铜的原子百分含量保证高于48％，因此，此合金基带在高温涂层超导体应用的液氮温区表现为顺磁性，无交流损耗；

2、相比于现在常用的NiW合金，由于其材料为导电优良的铜合金，因此基带具有更好的导电性能；

3、相比于传统的铜镍二元合金基带，本发明的铜镍钨三元合金基带，具有更好的抗氧化性；同时，由于少量钨元素的加入也使得此三元合金基带相比于铜镍合金基带，在力学性能方面有了大幅度的提高，从而能更好的满足于实际的应用。

附图说明

图1为实施例1中制备的Cu基合金基带退火后的(001)及(111)面极图；

图2为实施例1中制备的Cu基合金基带温度与氧化性关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

将高纯度的Cu粉，Ni粉与W粉按原子百分含量比为Cu₄₈Ni_51.3W_0.7的比例进行称量配粉，然后采用高能球磨机进行球磨，待充分混合均匀后，将混和好的粉末装入模具中；然后将上述已置于模具中粉末采用传统的粉末冶金冷等静压压制成形，其中压力为250MPa，保压5min；将压制好的压坯在Ar/H₂混合气体保护或真空条件1000℃下进行均匀化处理，烧结时间为10h，得到初始坯锭；对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5～15％，当变形量大于80％时，在Ar/H₂混合气体保护或真空条件500℃下中间热处理，热处理时间为1h；对已进行热处理的形变基带继续轧制，最终得到总变形量不小于95％，厚度为100um的冷轧基带；冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护气氛下于1000℃退火2h，得到最终产品合金基带。该合金基带的(001)及(111)面极图如图1所示，由图1可知，该合金基带具有强立方织构。此合金基带温度与氧化性关系曲线如图2所示，从图中可以清楚看出，表明采用此发明方法制备的铜镍钨三元合金基带相比铜镍二元合金基带具有更好的抗氧化性。

实施例2

将Cu粉，Ni粉与W粉按原子百分含量比为Cu₅₀Ni_48.5W_1.5的比例进行称量配粉，然后采用高能球磨机进行研磨，待充分混合均匀后，将混和好的粉末装入模具中；然后将上述已置于模具中粉末采用传统的粉末冶金冷等静压压制成形，其中压力为250MPa，保压5min；将压制好的压坯在Ar/H₂混合气体保护或真空条件1100℃下进行均匀化处理，烧结时间为15h，得到初始坯锭；对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5～15％，总变形量大于95％，最终得厚度为80um的冷轧基带；冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护气氛下于200℃下退火30min，然后再升温至900℃退火120min，得到最终产品合金基带。

实施例3

将Cu粉，Ni粉与W粉按原子百分含量比为Cu₆₀Ni₃₇W₃的比例进行称量配粉，然后采用高能球磨机进行研磨，待充分混合均匀后，将混和好的粉末装入模具中；然后将已填充了粉末的模具放入放电等离子烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，其中，烧结压力为50Mpa，烧结温度为800℃，时间为5min，得到压坯，随后将压制好的压坯在Ar/H₂混合气体保护或真空条件1000℃下进行均匀化处理，烧结时间为1h，得到初始坯锭；对初始坯锭进行冷轧，道次变形量为5～15％，总变形量大于95％，最终得厚度为90um的冷轧基带；冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护气氛下于300℃下退火30min，然后再升温至900℃退火120min，得到最终产品合金基带。

Claims (2)

1.一种高温超导涂层导体用Cu基合金基带，其特征在于，组分及原子百分含量为：

Cu48～68at.％，Ni 30～50at.％，W 0.3～3at.％。

2.权利要求1的一种高温超导涂层导体用Cu基合金基带的制备方法，其特征在于，采用粉末冶金，其工艺步骤如下：

(1)初始粉末的混合与模具填充

首先将Cu、Ni和W三种粉末，按上述成分配比进行称量配粉，然后采用高能球磨机进行球磨，待充分混合均匀后，将混好的粉末装入模具中；

(2)合金压坯的压制与烧结

方法一是将步骤(1)中已置于模具中的上述粉末采用传统的粉末冶金冷等静压压制技术成型，其中压制压力为150～300MPa，保压时间为5min，将压制好的压坯在Ar/H₂混合气体保护或真空条件800～1100℃下进行均匀化处理，烧结时间为5～15h，得到初始坯锭；

方法二是采用放电等离子体烧结技术，将已填充了粉末的模具放入烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结压力为30～50Mpa，烧结温度为700～1000℃，时间为5～60min，得到压坯，随后再将压制好的压坯在Ar/H₂混合气体保护或真空条件800～1100℃下进行均匀化处理，烧结时间为5～10h，得到初始坯锭；

(3)初始坯锭的形变轧制

方法一对初始坯锭进行直接冷轧，道次变形量为5～15％，总变形量不小于95％，得到厚度为60～120um的冷轧基带；

方法二对初始坯锭进行直接冷轧，道次变形量为5～15％，当变形量达到60％以上时，在Ar/H₂混合气体保护或真空条件300～500℃下进行中间热处理，热处理时间为1～5h，对已进行热处理的形变基带继续轧制，最终得到变形量不小于95％，厚度为60～120um的冷轧基带；

(4)冷轧基带的再结晶热处理

步骤(3)得到的冷轧基带在Ar/H₂混合气体保护或真空条件下于700～1100℃下退火0.5～2h；或者在200～500℃下退火30～60min，然后再升温至700～1100℃退火30～120min，得到一种涂层导体用Cu基合金基带。

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