專利名稱：制造粉末冶金工藝Nb的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過粉末冶金工藝制造Nb3Sn超導線的方法。特別地，本發(fā)明涉及一種制造可用作用于產(chǎn)生高強度磁場的超導磁體的材料的粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的方法，和涉及粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的前體。
背景技術(shù)：
在實際使用超導線的領(lǐng)域中，包括用于高分辨率核磁共振(NMR)波譜儀的超導磁體。超導磁體產(chǎn)生的磁場越高，所達到的分辨率就越高。因此，對能夠產(chǎn)生更高磁場的超導磁體的期望越來越多。
例如，Nb3Sn線在實際中作為超導線被用于產(chǎn)生高強度磁場的超導磁體。Nb3Sn超導線通常是通過青銅工藝制造的。在青銅工藝中，Nb-基的芯被埋入Cu-Sn基合金(青銅)的基質(zhì)中，然后被拉成絲。所述絲被束在一起以用作超導線的材料。所述絲的束被埋入銅中用于穩(wěn)定化(穩(wěn)定化銅)，然后被拉成線。
在600-800℃對所形成的線進行熱處理(擴散熱處理)，由此在Nb基的絲與基質(zhì)之間的交界面處形成Nb3Sn相。遺憾的是，此工藝限制了變成在青銅中的固溶體的Sn含量(限制為15.8質(zhì)量％或更少)，因此所形成的Nb3Sn相較薄。而且，Nb3Sn的結(jié)晶度降低，在高強度磁場內(nèi)的性能較差。
除青銅工藝之外，已知的制造Nb3Sn超導線的方法還有管工藝和內(nèi)擴散工藝。管工藝公開在例如日本未經(jīng)審查的專利申請公布No.52-16997中。在此工藝中，包含Sn芯的Nb管被插入銅管中并經(jīng)受直徑縮小，繼之以熱處理。由此，Nb和Sn擴散并相互反應生成Nb3Sn。內(nèi)擴散工藝公開在例如日本未經(jīng)審查的專利申請公開No.49-114389中。在此工藝中，錫芯被埋入銅基材的中心。許多Nb線被放入Sn芯周圍的Cu基材中。在直徑縮小之后，Sn通過熱處理擴散，與Nb反應，從而生成Nb3Sn。這些工藝都沒有限制Sn含量，這與由于固溶度極限而限制了Sn含量的青銅工藝不同。因此，Sn含量可以設(shè)置得盡可能高以提高所形成的線的超導性能。
Nb3Sn超導線可以通過另一種工藝即粉末冶金工藝制造。例如，在日本未經(jīng)審查的專利申請公開No.5-290655中，在Nb或Nb合金外鞘內(nèi)填充了作為芯的Cu粉與Sn粉混合物(粉末芯)。在通過例如擠出或抽絲進行直徑縮小之后，對材料進行熱處理(擴散熱處理)。在此工藝中，Sn粉末顆粒的表面可以鍍有銅鍍層以確保粉末混合物的流動性。為提高超導線的特性，例如日本未經(jīng)審查的專利申請公布No.5-28860公開了一種技術(shù)，其中在Cu與Sn的粉末混合物中加入了Ti、Zr、Hf、Al、Ta等。這些工藝可以生成比青銅工藝更厚且質(zhì)量更高的Nb3Sn相，并因此預計能生成具有更好的高強度磁場性能的超導線和允許在粉末混合物中具有高含量的Sn。
圖1是在粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的制造過程中的一個狀態(tài)的截面示意圖，其中標記1代表Nb或Nb合金外鞘；標記2代表填充在外鞘1內(nèi)的由原材料粉末構(gòu)成的粉末芯；標記3代表穩(wěn)定化銅(Cu基質(zhì))。在粉末冶金工藝中，用至少含有Sn的原材料粉末填充外鞘1以形成粉末芯2，并將外鞘1放入穩(wěn)定化銅3中，然后通過例如擠出或抽絲進行直徑縮小。將所形成的線纏繞在磁體等上，隨后進行熱處理，從而在外鞘1的內(nèi)表面處形成Nb3Sn超導相。
原材料粉末必須包含Sn。不過，如果Sn以粉末形式包含于其中，則Sn粉末具有低熔點并從而可能被擠出或抽絲的熱量熔去。并且，含Sn粉末的原材料粉末不利地在擠出或抽出過程中難以退火。此外，Cu粉末和Sn粉末具有不同的比重和粒徑。所以很難均勻地混合這些粉末。因此，在熱處理過程中材料內(nèi)不均勻地生成Cu-Sn合金或化合物，導致材料破壞。
考慮到這些缺陷，有人提出了另一種其中Sn被預先熔合的技術(shù)。例如，日本未經(jīng)審查的專利申請公布No.5-342932提出了一種工藝，其中由Cu-Sn合金或化合物的離析所導致的破裂或其它問題可以通過用預先制備好的Cu與Sn化合物(或合金)粉末填充Nb或Nb基合金外鞘以形成芯(粉末芯)來防止。
雖然一般認為用于形成超導相的熱處理優(yōu)選地在約900-1000℃的高溫下進行，但眾所周知Cu在原材料粉末中的存在可以將熱處理溫度降低到約650-750℃。包含在原材料粉末中的Cu正是為了實現(xiàn)此效果。順便說一下，盡管圖1中所示的芯是單個的，但在實際中通常有許多芯被放入Cu基質(zhì)中。
為了使用Cu-Sn合金或金屬間化合物粉末作原材料粉末，可以將Cu粉末和Sn粉末稱量并混合，并對混合物進行熱處理然后研磨成粉。不過，由此制備的粉末(在下文中可被稱作Cu-Sn化合物粉末)非常硬和脆以至于難以均勻地充滿外鞘，于是填充粉末的百分比變低。
通常，原材料粉末通過單軸擠壓被填充入外鞘。另一方面，一般認為填充粉末的百分比可以通過各向同性壓實如冷等靜壓(CIP)來增加，并且各向同性壓實在制造均勻的線時也非常有效。不過，即使對Cu-Sn化合物粉末施加CIP，所形成的壓制品仍然是脆性的并易于破裂或破壞。從而難以充滿外鞘。從提高壓制品強度的角度考慮，熱等靜壓(HIP)可能是有效的。不過，這種技術(shù)會導致Cu-Sn化合物粉末顆粒彼此結(jié)合在一起。從而，提高了所得壓制品的切削加工性能，但它的塑性加工性能降低了。因此，壓制品的擠出和抽絲變得困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種均勻地制造沒有裂縫的粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的方法，并且即使熱處理在相對較低的溫度下進行，通過此方法所形成的超導線仍顯示出眾的超導性能。
本發(fā)明涉及一種制造粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的方法。在此方法中，向Nb或Nb合金制成的外鞘內(nèi)填充含Sn的原材料粉末。縮小填充了原材料粉末的外鞘的直徑以形成線。對線進行熱處理以在外鞘的內(nèi)表面處形成超導相。原材料粉末是通過向Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末內(nèi)添加Sn粉末并在填充外鞘步驟之前在各向同性壓力下壓制該混合物而制備的。
本發(fā)明還涉及一種用于制造粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的粉末冶金工藝Nb3Sn超導線前體。此前體包括由Nb或Nb合金制成的外鞘和充滿外鞘的原材料粉末。原材料粉末包含Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末和Sn粉末，并在各向同性壓力下壓制過。在制造中，前體經(jīng)受直徑縮小而形成線，然后被熱處理以在外鞘與原材料粉末的界面處形成超導相。
優(yōu)選地，Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末的最大粒徑為約15μm或更小。優(yōu)選地，Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末中的Sn含量在20-80質(zhì)量％的范圍內(nèi)，且Sn粉末在原材料粉末內(nèi)相對于Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末的質(zhì)量比為約0.2-2。
優(yōu)選地，原材料粉末內(nèi)的Sn粉末含有2000ppm或更少的氧。這種Sn粉末可以通過惰性氣體霧化制備。
優(yōu)選地，外鞘被一個中間阻擋層圍繞，所述阻擋層包含選自Ta、Nb、V、Zr、Mo和Ti的至少一種金屬元素。優(yōu)選地，填充外鞘的原材料粉末具有一種包括一個內(nèi)層和一個外層的雙層結(jié)構(gòu)，且所述外層由部分錫粉末構(gòu)成。
在本發(fā)明中，原材料粉末是通過向Cu-Sn化合物粉末中加入錫粉末而制備的，其中所述Cu-Sn化合物粉末是通過Cu和Sn之間的反應預先制備的。此方法使得構(gòu)成Nb3Sn相的錫含量得到提高，從而即使用于形成Nb3Sn相的熱處理在相對較低的750℃或更低溫度下進行也可以獲得足夠量的均勻超導體。所形成的Nb3Sn超導線顯示高臨界電流密度。由于在預先制備的Cu-Sn化合物粉末中添加了Sn粉末，所以不會通過制造Cu-Sn化合物的反應(熔融擴散)產(chǎn)生非常硬的Cu-Sn化合物。從而，可以使產(chǎn)生不規(guī)則變形或破壞的可能最小化?？梢酝ㄟ^CIP增加延展性以提高機械加工性能。這意味著擠壓坯的制造變?nèi)菀琢恕４送?，在抽絲的時的加工性能也可以得到提高，從而可以獲得均勻的線。


圖1是在用于制造粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的工藝過程中的一個狀態(tài)的截面示意圖；和圖2是用于本發(fā)明實施方案的復合結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過在制造Nb3Sn超導線的粉末冶金工藝中使用由含有Sn粉末和Cu-Sn化合物粉末的原材料粉末構(gòu)成的前體，可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中所述原材料粉末是通過使Cu與Sn彼此反應(通過熔融擴散)和研磨反應產(chǎn)物而預先制備好的。
更具體地說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在制備用作粉末冶金工藝的原材料粉末的Cu-Sn化合物粉末時，只有極少量的足以與預定量的Cu反應的Sn而非原材料中的所有Sn都能被用于熔融擴散。使用如此制備的前體使得在熔融擴散之后添加的Sn粉末量增加。因此，即使熱處理在750℃或更低的溫度下進行，所獲得的Nb3Sn超導線仍顯示很高的臨界電流密度。由此，Nb3Sn超導線的超導性能可以得到提高。
在根據(jù)本實施方案的工藝中，由于Sn粉末是在Cu-Sn化合物粉末預備之后添加的，所以在制造Cu-Sn化合物的反應(熔融擴散)中不會生成硬的Cu-Sn化合物，且所生成的Cu-Sn化合物以高度分散的狀態(tài)存在于Sn粉末中。Sn由此充當在線的制造過程中使發(fā)生不規(guī)則性問題(如外鞘被Cu-Sn化合物破壞和線的破壞)的可能最小化的媒介。
用于本實施方案的原材料粉末是Cu-Sn化合物粉末與Sn粉末的混合物。在原材料粉末中，具有優(yōu)良加工性能的Sn粉末分散在脆性的Cu-Sn化合物粉末中。因此，即使在通過例如CIP壓實之后，也能保持粉末芯的優(yōu)良塑性加工性能。如果使用Cu粉末與Sn粉末的混合物，則Sn粉末易于被用于擠出的熱量熔去。含合金化Sn的混合物可以防止此缺陷。
在CIP之后，在約200-300℃下進行熱處理可以有效地適當粘合Sn粉末的顆粒，從而提高裝在外鞘內(nèi)的原材料粉末的百分比?；蛘撸梢杂?00-300℃下的各向同性壓實(溫等靜壓，以下簡稱WIP)代替CIP。同樣可以與Sn粉末一起添加Cu粉末。
在CIP或WIP中，原材料粉末被放在壓模中然后被壓實?？梢郧邢魉@得的壓制品以提高坯段制造的精確度。從獲得更高密度的角度考慮，上述壓實優(yōu)選地在150MPa或更高的壓力下進行。上述壓力可以逐漸提高。
為獲得出眾的超導性能，原材料粉末可以進一步含有Ti。在形成超導相的階段，少量的Ti變成在反應相中的固溶體，從而提高超導性能。一般認為在已知的工藝中，Ti的存在會導致生成非常硬的Ti化合物并從而降低加工性能。另一方面，在使用合金化Cu-Sn化合物粉末作為部分原材料的實施方案中，即使生成了少量的硬Ti化合物，Ti的存在也不會對加工性能有負面影響。為制備含有Ti的原材料粉末，可以將Ti粉末與Sn粉末(如有必要，還有Cu粉末)一起添加，或者可以將合金化的Ti粉末(例如，Cu-Sn-Ti、Sn-Ti或Cu-Ti粉末)添加到Cu-Sn粉末、Sn粉末或Cu粉末中。
壓制的原材料粉末被裝入Nb或Nb合金制成的外鞘內(nèi)，然后進行直徑縮小。在直徑縮小時，外鞘的直徑被縮小到約50μm或更小，并以致于粉末芯的直徑被縮小到大約40μm或更小。如果Cu-Sn化合物粉末含有直徑大于粉末芯直徑的粗顆粒，則這種顆粒的粒徑難以通過抽絲縮小且外鞘可能會被粗顆粒破壞。具體地，粒徑大于粉末芯直徑的Cu-Sn化合物粉末的粗顆粒的存在可能會導致外鞘的局部變形或妨礙均勻抽絲。在最壞情況下，在工藝過程中粗顆?？赡芡黄仆馇时诓⑵茐牟牧?。即使工藝已經(jīng)完成，Sn仍分散到Cu基質(zhì)(穩(wěn)定化銅)中以提高熱處理過程中銅對形成Nb3Sn的阻力(降低剩余電阻率)。為消除上述缺陷，原材料粉末中的Cu-Sn化合物粉末的最大粒徑優(yōu)選地為大約15μm或更小。
用于所述實施方案的外鞘是由Nb或Nb合金構(gòu)成的。從提高在高強度磁場區(qū)域內(nèi)的性能的角度考慮，優(yōu)選地使用含有金屬元素如Ta、Ti、V、Hf、Zr或Mo的Nb合金。
Cu-Sn化合物粉末中的Sn含量優(yōu)選地在大約20-80質(zhì)量％的范圍內(nèi)。如果Sn含量小于20質(zhì)量％，會減少Nb3Sn的產(chǎn)生。如果Sn含量大于80質(zhì)量％，則會降低Cu-Sn化合物粉末的熔點并由此Cu-Sn化合物可能會被制造過程中的退火熔融。
優(yōu)選地，Sn粉末以相對于Cu-Sn化合物粉末為約0.2-2的質(zhì)量比加入Cu-Sn化合物粉末中(更具體地說，Sn粉末對Cu-Sn化合物粉末的比為約0.2∶1-2∶1)。如果Sn的比率小于0.2，則錫不能充分地分布在Cu-Sn化合物粉末的顆粒中，從而使加工性能降低。如果Sn的比率大于2，在工藝中Sn可能會由于過量的Sn而被熱量熔去。如果原材料粉末包含Cu粉末或Ti粉末，這些粉末可以代替原材料粉末中的部分Sn粉末。所代替的量優(yōu)選地限制在相對于原材料粉末總量的30原子百分數(shù)或更少。
優(yōu)選地，加入原材料粉末內(nèi)的Sn粉末含有2000ppm或更少的氧。如果Sn粉末中的氧含量大于2000ppm，則在Sn粉末顆粒的表面上會形成過量的氧化物覆層和阻止Sn的分散以抑制生成Nb3Sn的反應。使用降低了氧含量的Sn粉末可以提高在Nb3Sn生成中的反應性。為制備這樣一種Sn粉末，優(yōu)選地在施加一個在惰性氣體如N2氣氛下進行的霧化處理。
優(yōu)選地，外鞘被一個中間阻擋層圍繞。圖2是用于本實施方案的復合結(jié)構(gòu)的截面示意圖。此結(jié)構(gòu)與圖1所示的結(jié)構(gòu)基本相同且相同的部分用相同的數(shù)字表示。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，外鞘1被一個中間阻擋層4圍繞。中間阻擋層4由不與Sn反應的材料構(gòu)成。例如，中間阻擋層4優(yōu)選地由Ta構(gòu)成。另一種材料如Nb、V、Zr、Mo、Hf或Ti可以以一種不與Sn接觸的方式與Ta結(jié)合。例如，中間阻擋層4可以由一種(兩或三層的)復合材料構(gòu)成，其中所述復合材料包括一個上述單質(zhì)金屬或它們的合金的層和一個Ta層或不與Sn反應的含Ta合金層。換句話說，中間阻擋層4包含選自上列元素中的至少一種。
中間阻擋層4可以防止例如化合物粉末的粗顆粒突破外鞘壁。此外，即使原材料粉末被完全轉(zhuǎn)化成了Nb3Sn，中間阻擋層4能阻止Sn到達穩(wěn)定化銅并從而防止Cu基質(zhì)被Sn污染。因此，可以獲得高剩余電阻率(RRR)。此外，中間阻擋層4的機械強度高于Nb或Nb合金外鞘1。從而，在抽絲中的加工性能被提高了，因此可以很容易達到均勻加工，且線的強度在反應之后可以得到提高。中間阻擋層4不與原材料粉末中的成份Sn反應，并允許Sn分散到中間阻擋層中然后到達外鞘。由此可以在外鞘的內(nèi)表面處形成Nb3Sn相。
優(yōu)選地，粉末芯(填充在外鞘內(nèi)的原材料粉末)2具有雙層結(jié)構(gòu)，其外層由部分Sn粉末構(gòu)成。此結(jié)構(gòu)可以防止例如化合物粉末的粗顆粒突破外鞘壁，如同提供了中間阻擋層4的情形。中間阻擋層4和雙層結(jié)構(gòu)粉末芯的結(jié)合使用進一步提高了穩(wěn)定性。
粉末芯的雙層結(jié)構(gòu)使粉末芯的Sn與外鞘中的Nb發(fā)生直接接觸。由于在這一情況下不存在Cu，所以通過在約400-600℃退火不會產(chǎn)生Nb3Sn。因此，可以降低Sn的消耗。使用所述雙層結(jié)構(gòu)，在用于生成Nb3Sn的熱處理之前通過在約200-550℃加熱可以有效地將Cu從粉末芯的內(nèi)層分散到Sn外層中。為制備所述雙層結(jié)構(gòu)，Cu-Sn粉末與Sn粉末的比例可以設(shè)定在上述范圍內(nèi)。
下面將參照實施例對本發(fā)明作進一步說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的基礎(chǔ)上可以作出各種形式和細節(jié)上的改變。
實施例1向Cu-33質(zhì)量％Sn化合物粉末(最大粒徑13.5μm)中以相對于Cu-Sn粉末為35％的質(zhì)量比添加Sn粉末(90質(zhì)量％或更多的、粒徑為30μm或更小的顆粒)。將上述粉末在V-攪拌器中混合約30分鐘。將結(jié)果形成的粉末混合物放入壓模接著通過CIP(在150MPa的壓力下保持5分鐘)擠壓成外徑為35mm的壓制品。根據(jù)ICP分析，壓制品中的Sn含有540ppm的氧。
在CIP分析之后的壓制品是干凈的，沒有粉末從壓制品上脫落。同時，在壓制品內(nèi)沒有產(chǎn)生裂縫。將壓制品機械加工成直徑為31mm的圓柱。
將壓制品插入外徑為57mm內(nèi)徑為31mm的Nb-7.5質(zhì)量％Ta合金外鞘中，然后將外鞘插入由無氧銅制造的外徑為69mm內(nèi)徑為57mm的擠壓坯中。通過焊接將所述坯的末端密封。在室溫下使用液壓靜力擠出機擠壓上述擠壓坯，然后使用抽絲模形成對邊距離為2mm的六角形棒。
將55個六角形棒捆在一起放入外徑為20mm內(nèi)徑為17mm的銅坯(穩(wěn)定化銅)中。將銅坯再次抽絲直到直徑縮小到1.2mm。材料被均勻地沒有破壞地抽成絲。抽絲之后，用光學顯微鏡觀察所形成的線的橫截面。在外鞘內(nèi)沒有破壞或其它問題。
將線在650℃于真空中熱處理250小時以產(chǎn)生Nb3Sn。熱處理之后，在從一個超導磁體向線施加外磁場的情況下，測量所獲得的線的臨界電流(Ic)。用Ic除以線橫截面中的非銅面積計算臨界電流密度(Jc)。在18T的磁場內(nèi)，臨界電流密度(Jc)在4.2K為785A/mm2。
實施例2將用與實施例1相同的方法制備的壓制品插入外徑50mm內(nèi)徑31mm的Nb-7.5質(zhì)量％Ta合金外鞘中，并用0.2mm厚的Ta纏繞外鞘直到厚度達到約3mm，由此形成一個中間阻擋層。
將上述材料插入由無氧銅制成的外徑69mm內(nèi)徑56mm的擠壓坯中。坯的末端通過焊接密封。在室溫下使用液壓靜力擠出機擠壓上述擠壓坯，然后使用抽絲模形成對邊距離為2mm的六角棒材。
將55個六角形棒捆在一起放入外徑為20mm內(nèi)徑為17mm的銅坯(穩(wěn)定化銅)中。將銅坯再次抽絲直到直徑縮小到1.2mm。材料被均勻地沒有破壞地抽成絲。抽絲之后，用光學顯微鏡觀察所形成的線的橫截面。在外鞘內(nèi)沒有破壞或其它問題。
將線在650℃于真空中熱處理250小時以產(chǎn)生Nb3Sn。熱處理之后，用與實施例1相同的方法計量線的臨界電流密度(Jc)，結(jié)果為773A/mm2。
實施例3將用與實施例1相同的方法制備的粉末混合物放入壓模，接著通過CIP(在150MPa的壓力下保持5分鐘)擠壓成外徑為25mm的壓制品(以下簡稱粉末混合物壓制品)。將粉末混合物壓制品機械加工成直徑20mm的圓柱。同時，通過CIP(150MPa壓力，5分鐘)將Sn粉末(90質(zhì)量％或更多的粒徑為30um或更小的顆粒)制成外徑33mm內(nèi)徑20mm的圓柱形管(以下簡稱為Sn壓制品)。
將粉末混合物壓制品插入Sn壓制品中形成復合芯(雙層芯)。將復合芯插入外徑為57mm內(nèi)徑為31mm的Nb-7.5質(zhì)量％Ta合金外鞘中，然后將外鞘真空密封在由無氧銅制造的外徑69mm內(nèi)徑57mm的擠壓坯中。在室溫下使用液壓靜力擠出機擠壓上述擠壓坯，然后使用抽絲模形成對邊距離為2mm的六角棒材。
將55個六角形棒捆在一起放入外徑為20mm內(nèi)徑為17mm的銅坯(穩(wěn)定化銅)中。將銅坯再次抽絲直到直徑縮小到1.2mm。材料被均勻地沒有破壞地抽成絲。抽絲之后，用光學顯微鏡觀察所形成的線的橫截面。在外鞘內(nèi)沒有破壞或其它問題。
真空中將線在300℃熱處理100小時和在650℃熱處理250小時以產(chǎn)生Nb3Sn。在此熱處理步驟中，在300℃的較低溫度下進行預熱處理以使芯中的Sn和Cu在用于生成Nb3Sn的熱處理之前先均一化。這一預熱處理的溫度并不局限于300℃，且預熱處理可以分幾個步驟進行。
熱處理之后，用與實施例1相同的方法計量線的臨界電流密度(Jc)，結(jié)果為762A/mm2。
對比實施例將最大粒徑為25um的Cu-33質(zhì)量％Sn化合物粉末在約10MPa的單向壓力下填入外徑57mm內(nèi)徑31mm的Nb-7.5質(zhì)量％Ta合金外鞘中。將外鞘插入由無氧銅制成的外徑69mm內(nèi)徑57mm的擠壓坯中。坯的末端通過焊接密封。在室溫下使用液壓靜力擠出機擠壓上述擠壓坯，然后使用抽絲模制成對邊距離為2mm的六角棒材。
將55個六角形棒捆在一起放入外徑為20mm內(nèi)徑為17mm的銅坯(穩(wěn)定化銅)中。將銅坯再次抽絲直到直徑縮小到1.2mm。在抽絲過程中，線斷開8次。在抽絲之后，用光學顯微鏡觀察所形成線的橫截面，在55條線中有23個外鞘內(nèi)觀察到裂縫。
將線在650℃于真空中熱處理250小時以產(chǎn)生Nb3Sn。熱處理之后，用與實施例1相同的方法計量線的臨界電流密度(Jc)，結(jié)果為153A/mm2。
權(quán)利要求
1.一種制造粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的方法，包括以下步驟向Nb或Nb合金制成的外鞘內(nèi)填充含Sn的原材料粉末；縮小填充了原材料粉末的外鞘的直徑以形成線；和對線進行熱處理以在外鞘的內(nèi)表面處形成超導相；其中原材料粉末含有Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末和Sn粉末，并在填充外鞘步驟之前在各向同性壓力下壓實。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末的最大粒徑為約15μm或更小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末中的Sn含量在約20-80質(zhì)量％的范圍內(nèi)，且Sn粉末在原材料粉末內(nèi)相對于Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末的質(zhì)量比為約0.2-2.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項的方法，其中Sn粉末含有2000ppm或更少的氧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中Sn粉末是通過惰性氣體霧化制備的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項的方法，其中外鞘被一個中間阻擋層包圍，所述中間阻擋層包含選自Ta、Nb、V、Zr、Mo、Hf和Ti的至少一種金屬元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項的方法，其中填充外鞘的原材料粉末具有一種包含一個內(nèi)層和一個外層的雙層結(jié)構(gòu)，且所述外層由部分Sn粉末構(gòu)成。
8.一種粉末冶金工藝Nb3Sn超導線前體，其包含由Nb或Nb合金制成的外鞘；和填充外鞘的原材料粉末，它包含Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末和Sn粉末，其中所述前體被用于一種制造粉末冶金工藝Nb3Sn超導線的工藝中，該制造工藝包括縮小前體的直徑以形成線和對線進行熱處理以在外鞘與原材料粉末的界面處形成超導相的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的前體，其中Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末的最大粒徑為約15μm或更小。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的前體，其中Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末中的Sn含量在約20-80質(zhì)量％的范圍內(nèi)，且原材料粉末所含的Sn粉末相對于Cu-Sn合金粉末或Cu-Sn金屬間化合物粉末的質(zhì)量比為約0.2-2.0。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任何一項的前體，其中原材料粉末已經(jīng)在各向同性壓力下被壓實。
全文摘要
提供了一種制造粉末冶金工藝Nb
文檔編號B22F9/00GK1837391SQ20061006736
公開日2006年9月27日 申請日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者宮崎隆好, 宮武孝之, 加藤弘之, 財津享司 申請人:株式會社神戶制鋼所