CN101471160A

CN101471160A - 一种制备多芯超导导线的方法及其产品

Info

Publication number: CN101471160A
Application number: CNA2007103043117A
Authority: CN
Inventors: 韩冰
Original assignee: BEIJING YINGNA SUPERCONDUCTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING YINGNA SUPERCONDUCTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-01

Abstract

本发明涉及一种制备多芯超导导线的方法及其产品，多芯超导导线的制备方法包括首先制备单芯超导导线，其包含一根具有超导性能的超导芯和包在超导芯周围的至少一种金属基体，然后将上述制得的单芯超导导线拔制成具有不用横截面积的单芯线，再将它们装入外套管中形成多芯结构，使每段单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，在横截面上分层排列，中心处单芯超导导线的横截面积最大，最后拔制、热处理上述制得的导线，利用该方法制备的多芯超导导线具有较高的电学性能。

Description

一种制备多芯超导导线的方法及其产品

技术领域

本发明涉及一种制备多芯超导导线的方法及其产品。

背景技术

目前工业化的超导导线为高温超导带材，其已在高温超导电缆、高温超导电机等电力器件上得到了广泛应用，这些应用都需要超导带材具有较高的电学性能和机械性能。目前制备高温超导带材的方法一般采用金属套管法，该法通常包括制备单芯超导导线、装多芯、拔制、轧制和热处理等过程。

1、制备单芯超导导线该单芯包含一根具有超导性能的超导芯和包在超导芯周围的至少一种金属基体，目前大多数单芯的截面形状为圆形或正六边形。

2、装多芯将上述制得的单芯超导导线截成多段，然后将它们装入外套管中形成多芯结构，每段单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，在横截面上主要采用以一段单芯超导导线的中心为对称中心，其余各段分层排列的结构，如图1所示，多芯中共有37根单芯被外面的金属外包套12所包围。这种多芯的方式增大了超导粉与金属基体的界面，同时也增强了导线的机械性能，如拉应变特性和弯曲应变特性。

3、拔制把上述制得的多芯线拔制成所需尺寸和截面形状。

4、轧制通过轧制可以把线材加工成扁平的带材，以减小弯曲应力、增大比表面积(表面积/体积)、增加致密度、优化晶粒取向、减小厚度和增加宽度，并且通过轧制使套管与超导前驱粉更紧密地机械结合，从而使它们之间有更好的电、热接触。

4、热处理一般指在800-900℃下进行热处理。这一过程的作用主要是改善反应引起的氧化超导体的织构，增强超导颗粒的异向生长，形成合适的超导相。

利用目前工艺制备的高温超导带材的结构仍存在一些有待改善的方面，例如，从如图2超导带材横截面显微形貌来看，根据超导芯的形状和密度的差异可大致分为3个区。1区位于带材的中心，该区超导芯的横截面积最小，密度最大；2区位于带材的边缘，超导芯的形状为短粗，截面积最大，超导芯密度最低；3区处于带材的中心部分，并且接近带材的宽度面，超导芯的截面积和密度居于1区和2区之间。由于超导芯的形状和密度在很大程度上影响超导带材的电学性能，密度较大的超导芯与较高的电学性能密切相关，所以上述3区尤其是2区的较差的形状和密度分布会严重降低整个超导带材的载流能力。

基于上述情况，需要提出一种制备超导导线的方法来优化超导带材的形状和密度分布，从而提高整个超导带材的电学性能。

发明内容

本发明提供一种制备多芯超导导线的方法，其包括如下步骤：

a1)制备单芯超导导线，其包含一根具有超导性能的超导芯和包在超导芯周围的至少一种金属基体。单芯的横截面可为正六边形、圆形、正方形或椭圆形等各种形状，优选形状为正六边形和圆形。金属基体优选银或银合金材料。

b1)装多芯：将上述制得的单芯超导导线拔制成具有不用横截面积的单芯线，然后将它们装入外套管中形成多芯结构，使每段单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，从多芯的横截面看，每段单芯的排列可采用以下方式：中心处单芯超导导线的横截面积最大，可以由中心向外单芯线的横截面积逐渐减小，优选的是逐层减小，相邻层减小的比率范围可为5％-20％，最好是8-10％。外套管的材料优选银或银合金。

根据上述结构，由于只有最外层一圈出现空隙，所以在单芯尺寸一定的情况下，单芯排列的层数越多，即单芯数越多，填充因子越高，其中填充因子可定义为导线横截面中超导芯的面积与整个导线的横截面的面积之比。但层数过多加大了多芯套管尺寸，会增加拉拔道次，所以单芯数可以通过平衡上述关系确定。如单芯的数量可选用19-169芯，最好为37、61或91芯。对于单芯的尺寸，在装多芯外管内径一定的情况下，单芯尺寸越小，填充因子越高，但单芯中间为超导粉，太细时容易弯曲和扭转，不易装管并影响超导性能。因此，单芯的尺寸可以平衡上述关系确定。如多芯结构中横截面为正六边形的单芯线的边长可为0.2-6.0mm；横截面为圆形的单芯线的直径可为0.25.0mm。将上述制得的多芯拔制至一定尺寸和截面形状。

c1)拔制上述制得的导线；和

d1)热处理上述制得的导线。

根据需要，可以在c1)和d1)步骤之间对上述多芯进行轧制，和(或)在d1)步骤之后再轧制，并且这种轧制-热处理过程(即形变热处理过程)可以反复进行几次。。

本发明可适用于任何超导材料，尤其适用于铋系高温超导材料，单根超导导线的形状和大小没有严格的限制。

本发明的另一目的是提出利用上述方法制备的多芯超导导线结构，该导线包含多段单芯超导导线和包在单芯超导导线周围的至少一种金属基体，每段单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，在横截面上分层排列，中心处单芯超导导线的横截面积最大，可以由中心向外单芯线的横截面积逐渐减小，优选的是逐层减小，相邻层减小的比率范围可为5％-20％，最好是8％-10％。单芯超导导线包含一根具有超导性能的超导芯和包在超导芯周围的至少一种金属基体。

此种填充方法可以在多芯超导导线结构中获得外层的单芯线较细、内层的单芯线较粗的排列，最靠外层的单芯线中超导芯更加密实，提高外层的机械强度，有利于防止后续轧制加工过程中导线边缘出现开裂的现象。因此，由此种方法拔制得到的最终成品线材，更利于外表面的修整和再加工。并且，利用本发明制备的多芯超导导线与现有技术制备的导线相比超导芯在中部更集中，处于2、3区的超导芯的比例相应减少，由于1区超导芯的超导性能最好，所以将有利于显著提高整根超导带材的电学性能。

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实例进行详细描述，其中：

图1为利用现有技术制备的37芯高温超导导线的截面示意图；

图2为高温超导带材的截面示意图；

图3为单芯横截面为圆形的高温超导导线的截面示意图；

图4为单芯横截面为正六边形的高温超导导线的截面示意图；

图5为单芯横截面为圆形高温超导导线的截面示意图；

图6为单芯横截面为圆形高温超导导线的截面示意图。

具体实施方式

实施例1：37芯Bi-2223高温超导导线的制备

首先制备一根Bi-2212单芯高温超导导线，超导芯的主相为Bi-2212，包在超导芯周围的金属基体为纯银，其横截面为圆形，线径为2.5mm，将它拔制出37根单芯，每根长度均为2m，其中1根线径为2.2mm，6根线径为2.14mm，12根线径为2.09mm，18根线径为2.04mm，然后将它们装入一内径为15mm的银镁合金管中，如图3所示，其中1是在第一层(中心层)的单芯，2和3是由中心向外数第二层的单芯，4和5是由中心向外数第三层的单芯，6和7是第四层(最外层)的单芯，12是金属外包套。不同层的单芯线的横截面积不同，单芯2的横截面积等于单芯3的横截面积，并且是单芯1的横截面积的0.95倍；单芯4的横截面积等于单芯5的横截面积，并且是单芯2的横截面积的0.95倍；单芯6的横截面积等于单芯7的横截面积，并且是单芯4的横截面积的0.95倍。将上述多芯经过多次拔制，形成直径为0.8mm的多芯圆线，然后将制得的圆线在835℃下热处理20小时，得到具有较高临界电流的37芯Bi-2223高温超导带材。

实施例2：37芯Bi-2223高温超导带材的制备

首先制备一根Bi-2212单芯高温超导导线，超导芯的主相为Bi-2212，包在超导芯周围的金属基体为纯银，其横截面为圆形，线径为2.5mm，将它拔制出37根单芯，每根长度均为2m，其中1根线径为2.2mm，6根线径为2.14mm，12根线径为2.09mm，18根线径为2.04mm，然后将它们装入一内径为15mm的银镁合金管中，如图3所示，其中1是在第一层(中心层)的单芯，2和3是由中心向外数第二层的单芯，4和5是由中心向外数第三层的单芯，6和7是第四层(最外层)的单芯，12是金属外包套。不同层的单芯线的横截面积不同，单芯2的横截面积等于单芯3的横截面积，并且是单芯1的横截面积的0.95倍；单芯4的横截面积等于单芯5的横截面积，并且是单芯2的横截面积的0.95倍；单芯6的横截面积等于单芯7的横截面积，并且是单芯4的横截面积的0.95倍。将上述多芯经过多次拔制，形成直径为1.5mm的多芯圆线，然后将制得的圆线轧制成带材，宽为4.2mm，厚度为0.24mm，最后进行形变热处理得到具有临界电流为130A的37芯Bi-2223高温超导带材。

实施例3：61芯Bi-2223高温超导带材的制备

首先制备一根Bi-2212单芯高温超导导线，超导芯的主相为Bi-2212，包在超导芯周围的金属基体为纯银，其横截面为圆形，线径为10mm，将它拔制出61根正六边形单芯，每根长度均为0.5m，其中1根边长为6mm，6根边长为5.69mm，12根边长为5.40mm，18根边长为5.12mm，24根线径为4.86mm。然后将它们装入一内径为50mm的银镁合金管中，如图4所示，其中1是在第一层(中心层)的单芯，2和3是由中心向外数第二层的单芯，4和5是由中心向外数第三层的单芯，6和7是第四层的单芯，8和9是五层(最外层)的单芯，12是金属外包套。不同层的单芯线的横截面积不同，单芯2的横截面积等于单芯3的横截面积，并且是单芯1的横截面积的0.9倍；单芯4的横截面积长等于单芯5的横截面积，并且是单芯2的横截面积的0.9倍；单芯6的横截面积等于单芯7的横截面积，并且是单芯4的横截面积的0.9倍；单芯8的横截面积等于单芯9的横截面积，并且是单芯6的横截面积的0.9倍。将上述多芯经过多次拔制，形成直径为1.5mm的多芯圆线，然后将制得的圆线轧制成带材，宽为4.2mm，厚度为0.24mm，最后进行形变热处理得到具有临界电流为130A的61芯Bi-2223高温超导带材。实施例4：91芯Bi-2223高温超导带材的制备

首先制备一根Bi-2212单芯高温超导导线，超导芯的主相为Bi-2212，包在超导芯周围的金属基体为纯银，其横截面为圆形，线径为1mm，将它拔制出91根单芯，每根长度均为1m，其中1根线径为0.35mm，6根线径为0.31mm，12根线径为0.28mm，18根线径为0.25mm，24根线径为0.22mm，30根线径为0.2mm，然后将它们装入一内径为3mm的银镁合金管中，如图5所示，其中1是在第一层(中心层)的单芯，2和3是由中心向外数第二层的单芯，4和5是由中心向外数第三层的单芯，6和7是第四层的单芯，8和9是五层的单芯，10和11是第六层(最外层)的单芯，12是金属外包套。不同层的单芯线的横截面积不同，单芯2的横截面积等于单芯3的横截面积，并且是单芯1的横截面积的0.8倍；单芯4的横截面积等于单芯5的横截面积，并且是单芯2的横截面积的0.8倍；单芯6的横截面积等于单芯7的横截面积，并且是单芯4的横截面积的0.8倍，单芯8的横截面积等于单芯9的横截面积，并且是单芯6的横截面积的0.8倍，单芯10的横截面积等于单芯11的横截面积，并且是单芯8的横截面积的0.8倍。将上述多芯经过多次拔制，形成直径为1.5mm的多芯圆线，然后将制得的圆线轧制成带材，宽为4.2mm，厚度为0.24mm，最后进行形变热处理得到具有临界电流为130A的91芯Bi-2223高温超导带材。

实施例5：19芯Bi-2223高温超导带材的制备

首先制备一根Bi-2212单芯高温超导导线，超导芯的主相为Bi-2212，包在超导芯周围的金属基体为纯银，其横截面为圆形，线径为8mm，将它拔制出19根单芯，每根长度均为1m，其中1根线径为5.00mm，6根线径为4.78mm，12根线径为4.60mm，然后将它们装入一内径为25mm的银镁合金管中，如图6所示，其中1是在第一层(中心层)的单芯，2和3是由中心向外数第二层的单芯，4和5是由中心向外数第三层(最外层)的单芯，12是金属外包套。不同层的单芯线的横截面积不同，单芯2的横截面积等于单芯3的横截面积，并且是单芯1的横截面积的0.92倍；单芯4的横截面积等于单芯5的横截面积径，并且是单芯2的横截面积的0.92倍。将上述多芯经过多次拔制，形成直径为1.5mm的多芯圆线，然后将制得的圆线轧制成带材，宽为4.2mm，厚度为0.24mm，最后进行形变热处理得到具有临界电流为130A的19芯Bi-2223高温超导带材。

Claims

1、一种多芯超导导线的制备方法，包括如下步骤：

a1)制备单芯超导导线，其包含一根具有超导性能的超导芯和包在超导芯周围的至少一种金属基体；

b1)将上述制得的单芯超导导线拔制成具有不用横截面积的单芯线，然后将它们装入外套管中形成多芯结构，使每段单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，在横截面上分层排列；

c1)拔制上述制得的导线；和

d1)热处理上述制得的导线；

其特征在于b1)中从多芯的横截面看，中心处单芯超导导线的横截面积最大。

2、根据权利要求1所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的b1)中从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积逐渐减小。

3、根据权利要求2所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的b1)中从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积逐层减小。

4、根据权利要求3所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的b1)中从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积相邻层减小的比率范围可为5％-20％。

5、根据权利要求4所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的b1)中从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积相邻层减小的比率范围可为8％-10％。

6、根据权利要求1所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的b1)步骤的单芯超导导线的数量为19-169。

7、根据权利要求1所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的b1)步骤的单芯超导导线的数量为37、61或91芯。

8、根据权利要求1所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的多芯结构中横截面为正六边形的单芯线的边长为0.2-6.0mm，或横截面为圆形的单芯线的直径可为0.2-5.0mm。

9、根据权利要求1所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的金属基体的材料为银或银合金。

10、根据权利要求1所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述的外套管的材料为银或银合金。

11、根据权利要求1所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述方法的c1)和d1)步骤之间还包括轧制。

12、根据权利要求11所述的多芯超导导线的制备方法，其特征在于所述方法的d1)步骤之后还包括轧制。

13、一种根据权利要求1-12任一项所述的制备方法制备的多芯超导导线，其特征在于所述的导线包含多根单芯超导导线和包在单芯超导导线周围的至少一种金属基体，每段单芯超导导线之间沿着长度方向互相平行，在横截面上分层排列，中心处单芯超导导线的横截面积最大，单芯超导导线包含一根具有超导性能的超导芯和包在超导芯周围的至少一种金属基体。

14、根据权利要求13所述的制备方法制备的多芯超导导线，其特征在于从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积逐渐减小。

15、根据权利要求14所述的制备方法制备的多芯超导导线，其特征在于从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积逐层减小。

16、根据权利要求15所述的制备方法制备的多芯超导导线，其特征在于从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积相邻层减小的比率范围为5％20％。

17、根据权利要求16所述的制备方法制备的多芯超导导线，其特征在于从多芯的横截面看，由中心向外单芯线的横截面积相邻层减小的比率范围为8％-10％。