CN118522500B - 一种NbTi超导线材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于超导线材技术领域，涉及一种NbTi超导线材及其制备方法。本发明提供了一种NbTi超导线材的制备方法，该制备方法通过在金属杆的外周设置至少2个U型槽，将NbTi/Cu超导复合线置于所述U型槽中，经过冷拉拔后，加工制成所述NbTi超导线材。本发明避免了绞缆的步骤，解决了在制备高电流和高铜比的NbTi超导线材时，NbTi/Cu超导复合线的直径增大意味着更大的体积、更高的损耗和更困难的加工方法，绞缆又不可避免地导致临界电流的损降和更高的加工成本等技术问题。

Description

一种NbTi超导线材及其制备方法

技术领域

本发明属于超导线材技术领域，涉及一种NbTi超导线材及其制备方法。

背景技术

NbTi超导体属于第二类超导体，当它处于超导态时磁通量子并不是被完全排斥在超导体之外，而是可以进入超导体中，但是必须被钉扎于非超导的第二相，非超导的第二相可以是杂质、晶界、位错等，在NbTi超导体中最主要的磁通钉扎中心是非超导的α-Ti。第二相对超导体的上临界场和临界温度没有影响，而对超导体的临界电流密度有很大影响。制备NbTi超导线材时，要使线材中既存在超导相，又存在第二相（钉扎相），并且第二相的体积含量需要达到一定数值，否则临界电流密度将受到影响。NbTi超导线材的临界电流密度是一个有关其实用性的关键参数，同时它也受到制备工艺的影响，不同工艺制备的合金成分相同的NbTi超导线材的临界电流密度可能具有很大的差别。

将NbTi超导体制成超导线材，通常采用NbTi/Cu复合线加工成超导线材的方式，具有较大铜超比的特点，具有经济实用的优势。专利CN110970171A公开了一种提高NbTi超导线材RRR值和屈服强度的方法，其采用U型铜槽线和未退火的NbTi/Cu超导圆线浸入锡槽，选择合适镶嵌焊接温度进行镶嵌焊接的方法制得NbTi超导线材。将NbTi/Cu复合线和铜槽线进行镶嵌焊接和编织绝缘做成矩形高铜比线材仅适用于低电流、小磁场的超导磁体，无法满足大电流、高磁场的核磁共振仪器制备的需求。

发明内容

NbTi超导线材的制备中，面对更大电流和更高磁场的需求，不得不选择增大单根NbTi/Cu超导复合线的直径或将多根NbTi/Cu超导复合线经过绞缆后与U型铜槽线复合加工制成NbTi超导线材。NbTi/Cu超导复合线的直径增大意味着更大的体积、更高的损耗和更困难的加工方法，绞缆又不可避免地导致临界电流的损降和更高的加工成本。

为克服现有技术问题，本发明提供了一种NbTi超导线材及其制备方法。本发明通过在金属杆外周设置多个U型槽的方式，无需绞缆即可实现多根NbTi/Cu超导复合线制成NbTi超导线材。

一方面，本发明涉及一种NbTi超导线材的制备方法，其包括：在金属杆的外周设置至少2个U型槽，将NbTi/Cu超导复合线置于所述U型槽中，经过冷拉拔后，加工制成所述NbTi超导线材。

进一步地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述金属杆为矩形，所述矩形的相邻两条直线的相交处为过渡圆弧，所述过渡圆弧的半径为0.2mm~0.3mm。

进一步地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述U型槽均匀分布在所述金属杆的外周，所述U型槽两侧的R角为0.2mm~0.3mm。本发明所述均匀分布为对称分布，目的是减少线材中超导相分布不均匀导致性能的下降。

进一步地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述冷拉拔的加工率为5%~10%，拉拔速度为20m/min~30m/min；

所述冷拉拔使用的矩形模具的4个R角为0.4mm~0.6mm。

进一步地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述NbTi/Cu超导复合线经过冷拉拔后，采用编织带绕包和在线热拉拔制得所述NbTi超导线材。

进一步地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述编织带为锡带，所述锡带的宽度为1mm~2mm，所述锡带的厚度为0.05mm~0.10mm；

所述绕包的交叠系数为50%。

进一步地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述在线热拉拔的加热温度为240℃~260℃，热拉拔速度为5m/min~10m/min。

进一步地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述金属杆的材质为无氧铜或铝。

可选地，在本发明提供的NbTi超导线材的制备方法中，所述在线热拉拔结束后进行定模精整，所述定模精整的加工率小于5%。

另一方面，本发明涉及一种NbTi超导线材，其采用所述的制备方法制得。

另一方面，本发明涉及一种核磁共振仪，包括主磁体，所述主磁体包括所述NbTi超导线材。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具备以下有益效果或优点：

本发明提供了一种NbTi超导线材的制备方法，该制备方法通过在无氧铜杆制备多个U型槽，然后将多股NbTi/Cu复合圆线置于U型槽中后进行冷拉拔，制得NbTi超导线材。本发明避免了绞缆的步骤，在制备高铜超比的NbTi超导线材时，具有高临界电流和低临界电流损降的优势。本发明制得的NbTi超导线材能够满足大电流和高磁场的应用场景需求，具有高铜超比的特点，在高磁场下依然具有较高的临界电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为具有2个U型槽的金属杆和NbTi/Cu超导复合线组装后的结构示意图。

图2为具有3个U型槽的金属杆和NbTi/Cu超导复合线组装后的结构示意图。

图3为具有4个U型槽的金属杆和NbTi/Cu超导复合线组装后的结构示意图。

其中，1为NbTi/Cu超导复合线，2为设有U型槽的金属杆。

具体实施方式

下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。

下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。

实施例1

本实施例提供了一种NbTi超导线材的制备。

将矩形无氧铜杆采用模具拉拔成型为宽6.0mm×高5.0mm、R角0.3mm的形状，再在两侧加工出2个U型槽，槽深为1.7mm，槽宽为1.65mm，内r角（U型槽两侧的R角）为0.2mm，然后将2股Φ1.6mm、铜比1.0、NbTi芯数85个、NbTi芯丝直径120μm的NbTi/Cu超导复合线置于U型槽中，结构如图1所示。

通过模具冷拉拔初步结合在一起，冷拉拔加工后尺寸为宽5.7mm×高4.8mm、R角0.4mm，加工率为5.7%，冷拉拔速度30m/min。选择宽度1mm、厚度0.05mm的锡带进行半叠包（50%交叠系数），锡带均匀缠绕在线材表面，然后再进行在线热拉拔，感应加热温度为240℃，热拉拔速度为10m/min，锡带充分熔化使铜槽线和多股圆线牢牢结合，最后采用宽5.65mm×高4.75mm、R角0.4mm定模进行精整，加工率为2%，对线材表面进行整形处理，同时进行在线涡流探伤，检查线材内、外伤点，肉眼观察或涡流探伤发现严重缺陷立即停机剪断处理，最后成功制备获得临界电流Ic（4.2K，5T）为6100A，超比（超导相面积和非超导相面积的比值）为11的NbTi超导线材。

实施例2

本实施例提供了一种NbTi超导线材的制备。

将矩形铝杆采用模具拉拔成型为宽7.0mm×高6.0mm、R角0.3mm的形状，再在外周加工出3个U型槽，槽深为2.00mm，槽宽为1.95mm，内r角为0.2mm，然后将3股Φ1.9mm、铜比1.0、NbTi芯数630个、NbTi芯丝直径54μm的NbTi/Cu超导复合线置于U型槽中，结构如图2所示。

通过模具冷拉拔初步结合在一起，冷拉拔加工后尺寸为宽6.6mm×高5.6mm、R角0.6mm，加工率为8.1%，冷拉拔速度20m/min。选择宽度2mm、厚度0.10mm的锡带进行半叠包，锡带均匀缠绕在线材表面，然后在进行在线热拉拔，感应加热温度为260℃，热拉拔速度为5m/min，锡带充分熔化使铝槽线和多股圆线牢牢结合，最后采用宽6.48mm×高5.48mm、R角0.6mm定模进行精整，加工率为4%，对线材表面进行整形处理，同时进行在线涡流探伤，检查线材内、外伤点，肉眼观察或涡流探伤发现严重缺陷立即停机剪断处理，最后成功制备获得临界电流Ic（4.2K，5T）为12800A，超比为7的NbTi超导线材。

实施例3

本实施例提供了一种NbTi超导线材的制备。

将矩形无氧铜杆采用模具拉拔成型为宽8.0mm×高7.0mm、R角0.2mm的形状，再在外周加工出4个U型槽，槽深为0.90mm，槽宽为0.85mm，内r角为0.2mm，然后将4股Φ0.8mm、铜比1.0、NbTi芯数55个、NbTi芯丝直径76μm的NbTi/Cu超导复合线置于U型槽中，结构如图3所示。

通过模具冷拉拔初步结合在一起，冷拉拔加工后尺寸为宽7.6mm×高6.6mm、R角0.5mm，加工率为9.4%，冷拉拔速度25m/min。选择宽度2.0mm、厚度0.10mm的锡带进行半叠包，锡带均匀缠绕在线材表面，然后在进行在线热拉拔，感应加热温度为250℃，热拉拔速度为8m/min，锡带充分熔化使铜槽线和多股圆线牢牢结合，最后采用宽7.50mm×高6.50mm、R角0.5mm定模进行精整，加工率为3%，对线材表面进行整形处理，同时进行在线涡流探伤，检查线材内、外伤点，肉眼观察或涡流探伤发现严重缺陷立即停机剪断处理，最后成功制备获得临界电流Ic（4.2K，5T）为3040A，铜超比为48的NbTi超导线材。

对比例

本对比例提供了一种NbTi超导线材的制备。

多股圆线首先进行绞缆和成型，然后将成型后的缆线进行镶嵌焊接，缆线稳定的放进具有一个槽的铜槽线中，然后采用焊料进行焊接，两者再通过模具进行精整控制尺寸。

测试例

本测试例提供了不同制备方法下的NbTi超导线材。

采用对比例所提供的方法对实施例1~3提供的相同原料进行制备获得NbTi超导线材，测试临界电流Ic（4.2K，5T）和损降，试验结果如表1所示。

损降（%）=[1-（镶嵌焊接后的线材临界电流/镶嵌焊接前的线材临界电流）]×100%。

表1：测试结果

由表1可知，本发明提供了一种NbTi超导线材的制备方法，该制备方法通过在无氧铜杆制备多个U型槽，然后将多股NbTi/Cu复合圆线置于U型槽中后进行冷拉拔，加工制得NbTi超导线材。该方法通过多股圆线直接镶嵌一个具有多槽的铜或铝槽线，对比多股圆线绞缆后再镶嵌铜槽线，能够有效地提高NbTi超导线材的临界电流，并大幅度将损降降低至1/2左右。

如上所述，较好的描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。上述实施例和说明书仅是对本发明的优选实施方式进行描述，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种NbTi超导线材的制备方法，其特征在于，包括：在金属杆的外周设置至少2个U型槽，将NbTi/Cu超导复合线置于所述U型槽中，经过冷拉拔后，加工制成所述NbTi超导线材；

所述NbTi/Cu超导复合线经过冷拉拔后，采用编织带绕包和在线热拉拔制得所述NbTi超导线材；

所述编织带为锡带，所述锡带的宽度为1mm~2mm，所述锡带的厚度为0.05mm~0.10mm。

2.根据权利要求1所述的NbTi超导线材的制备方法，其特征在于，所述金属杆为矩形，所述矩形的相邻两条直线的相交处为过渡圆弧，所述过渡圆弧的半径为0.2mm~0.3mm。

3.根据权利要求2所述的NbTi超导线材的制备方法，其特征在于，所述U型槽均匀分布在所述金属杆的外周，所述U型槽两侧的R角为0.2mm~0.3mm。

4.根据权利要求2所述的NbTi超导线材的制备方法，其特征在于，所述冷拉拔的加工率为5%~10%，拉拔速度为20m/min~30m/min；

所述冷拉拔使用的矩形模具的4个R角为0.4mm~0.6mm。

5.根据权利要求1所述的NbTi超导线材的制备方法，其特征在于，所述绕包的交叠系数为50%。

6.根据权利要求1所述的NbTi超导线材的制备方法，其特征在于，所述在线热拉拔的加热温度为240℃~260℃，热拉拔速度为5m/min~10m/min。

7.根据权利要求1所述的NbTi超导线材的制备方法，其特征在于，所述金属杆的材质为无氧铜或铝。

8.一种NbTi超导线材，其特征在于，采用权利要求1~7任一项所述的制备方法制得。

9.一种核磁共振仪，包括主磁体，其特征在于，所述主磁体包括权利要求8所述的NbTi超导线材。