專利名稱：一種制備多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的方法及其產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
目前工業(yè)化的超導(dǎo)導(dǎo)線為高溫超導(dǎo)帶材，其已在高溫超導(dǎo)電纜、高溫超 導(dǎo)電機(jī)等電力器件上得到了廣泛應(yīng)用，這些應(yīng)用都需要超導(dǎo)帶材具有較高的 電學(xué)性能和機(jī)械性能。目前制備高溫超導(dǎo)帶材的方法一般采用金屬套管法， 該法通常包括制備單芯超導(dǎo)導(dǎo)線、裝多芯、拔制、軋制和熱處理等過(guò)程。
1、 制備單芯超導(dǎo)導(dǎo)線該單芯包含一根具有超導(dǎo)性能的超導(dǎo)芯和包在 超導(dǎo)芯周圍的至少一種金屬基體，目前大多數(shù)單芯的截面形狀為圓形或正六 邊形。
2、 裝多芯將上述制得的單芯超導(dǎo)導(dǎo)線截成多段，然后將它們裝入外 套管中形成多芯結(jié)構(gòu)，每段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線之間沿著長(zhǎng)度方向互相平行，在橫 截面上主要采用以一段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的中心為對(duì)稱中心，其余各段分層排列 的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，多芯中共有37根單芯被外面的金屬外包套12所包 圍。這種多芯的方式增大了超導(dǎo)粉與金屬基體的界面，同時(shí)也增強(qiáng)了導(dǎo)線的 機(jī)械性能，如拉應(yīng)變特性和彎曲應(yīng)變特性。
3、 拔制把上述制得的多芯線拔制成所需尺寸和截面形狀。
4、 軋制通過(guò)軋制可以把線材加工成扁平的帶材，以減小彎曲應(yīng)力、 增大比表面積(表面積/體積)、增加致密度、優(yōu)化晶粒取向、減小厚度和 增加寬度，并且通過(guò)軋制使套管與超導(dǎo)前驅(qū)粉更緊密地機(jī)械結(jié)合，從而使它 們之間有更好的電、熱接觸。
44、熱處理 一般指在800-90(TC下進(jìn)行熱處理。這一過(guò)程的作用主要 是改善反應(yīng)引起的氧化超導(dǎo)體的織構(gòu)，增強(qiáng)超導(dǎo)顆粒的異向生長(zhǎng)，形成合適 的超導(dǎo)相。
利用目前工藝制備的高溫超導(dǎo)帶材的結(jié)構(gòu)仍存在一些有待改善的方面， 例如，從如圖2超導(dǎo)帶材橫截面顯微形貌來(lái)看，根據(jù)超導(dǎo)芯的形狀和密度的 差異可大致分為3個(gè)區(qū)。1區(qū)位于帶材的中心，該區(qū)超導(dǎo)芯的橫截面積最 小，密度最大；2區(qū)位于帶材的邊緣，超導(dǎo)芯的形狀為短粗，截面積最大， 超導(dǎo)芯密度最低；3區(qū)處于帶材的中心部分，并且接近帶材的寬度面，超導(dǎo) 芯的截面積和密度居于1區(qū)和2區(qū)之間。由于超導(dǎo)芯的形狀和密度在很大程 度.卜.影響超導(dǎo)帶材的電學(xué)性能，密度較大的超導(dǎo)芯與較高的電學(xué)性能密切相 關(guān)，所以上述3區(qū)尤其是2區(qū)的較差的形狀和密度分布會(huì)嚴(yán)重降低整個(gè)超導(dǎo) 帶材的載流能力。
基于上述情況，需要提出一種制備超導(dǎo)導(dǎo)線的方法來(lái)優(yōu)化超導(dǎo)帶材的形 狀和密度分布，從而提高整個(gè)超導(dǎo)帶材的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制備多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的方法，其包括如下歩驟
al)制備單芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其包含一根具有超導(dǎo)性能的超導(dǎo)芯和包在超導(dǎo) 芯周圍的至少一種金屬基體。單芯的橫截面可為正六邊形、圓形、正方形或 橢圓形等各種形狀，優(yōu)選形狀為正六邊形和圓形。金屬基體優(yōu)選銀或銀合金 材料。
bl)裝多芯將上述制得的單芯超導(dǎo)導(dǎo)線拔制成具有不用橫截面積的單 芯線，然后將它們裝入外套管中形成多芯結(jié)構(gòu)，使每段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線之間沿 著長(zhǎng)度方向互相平行，從多芯的橫截面看，每段單芯的排列可采用以下方 式中心處單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的橫截面積最大，可以由中心向外單芯線的橫截面 積逐漸減小，優(yōu)選的是逐層減小，相鄰層減小的比率范圍可為5%-20%，最好
是840%。外套管的材料優(yōu)選銀或銀合金。
5根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于只有最外層一圈出現(xiàn)空隙，所以在單芯尺寸一定的 情況下，單芯排列的層數(shù)越多，即單芯數(shù)越多，填充因子越高，其中填充因 子可定義為導(dǎo)線橫截面中超導(dǎo)芯的面積與整個(gè)導(dǎo)線的橫截面的面積之比。但 層數(shù)過(guò)多加大了多芯套管尺寸，會(huì)增加拉拔道次，所以單芯數(shù)可以通過(guò)平衡
上述關(guān)系確定。如單芯的數(shù)量可選用19-169芯，最好為37、 61或91芯。 對(duì)于單芯的尺寸，在裝多芯外管內(nèi)徑一定的情況下，單芯尺寸越小，填充因 子越高，但單芯中間為超導(dǎo)粉，太細(xì)時(shí)容易彎曲和扭轉(zhuǎn)，不易裝管并影響超 導(dǎo)性能。因此，單芯的尺寸可以平衡上述關(guān)系確定。如多芯結(jié)構(gòu)中橫截面為 正六邊形的單芯線的邊長(zhǎng)可為0.2-6.0mm;橫截面為圓形的單芯線的直徑可 為0. 2-5. Omm。將上述制得的多芯拔制至一定尺寸和截面形狀。
cl)拔制上述制得的導(dǎo)線；和 dl)熱處理上述制得的導(dǎo)線。
根據(jù)需要，可以在cl)和dl)步驟之間對(duì)上述多芯進(jìn)行軋制，和(或) 在dl)步驟之后再軋制，并且這種軋制-熱處理過(guò)程(即形變熱處理過(guò)程:) 可以反復(fù)進(jìn)行幾次。。
本發(fā)明可適用于任何超導(dǎo)材料，尤其適用于鉍系高溫超導(dǎo)材料，單根超 導(dǎo)導(dǎo)線的形狀和大小沒(méi)有嚴(yán)格的限制。
本發(fā)明的另一目的是提出利用上述方法制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，該導(dǎo) 線包含多段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線和包在單芯超導(dǎo)導(dǎo)線周圍的至少一種金屬基體，每 段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線之間沿著長(zhǎng)度方向互相平行，在橫截面上分層排列，中心處 單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的橫截面積最大，可以由中心向外單芯線的橫截面積逐漸減 小，優(yōu)選的是逐層減小，相鄰層減小的比率范圍可為5%-20%，最好是8%-10%。單芯超導(dǎo)導(dǎo)線包含一根具有超導(dǎo)性能的超導(dǎo)芯和包在超導(dǎo)芯周圍的至 少一種金屬基體。
此種填充方法可以在多芯超導(dǎo)導(dǎo)線結(jié)構(gòu)中獲得外層的單芯線較細(xì)、內(nèi)層 的單芯線較粗的排列，最靠外層的單芯線中超導(dǎo)芯更加密實(shí)，提高外層的機(jī) 械強(qiáng)度，有利于防止后續(xù)軋制加工過(guò)程中導(dǎo)線邊緣出現(xiàn)開(kāi)裂的現(xiàn)象。因此， 由此種方法拔制得到的最終成品線材，更利于外表面的修整和再加工。并 且，利用本發(fā)明制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線與現(xiàn)有技術(shù)制備的導(dǎo)線相比超導(dǎo)芯在中部更集中，處于2、 3區(qū)的超導(dǎo)芯的比例相應(yīng)減少，由于1區(qū)超導(dǎo)芯的超導(dǎo) 性能最好，所以將有利于顯著提高整根超導(dǎo)帶材的電學(xué)性能。


卜'面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)描述，其中 圖1為利用現(xiàn)有技術(shù)制備的37芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的截面示意圖-， 圖2為高溫超導(dǎo)帶材的截面示意圖3為單芯橫截面為圓形的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的截面示意圖； 圖4為單芯橫截面為正六邊形的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的截面示意圖； 圖5為單芯橫截面為圓形高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的截面示意圖； 圖6為單芯橫截面為圓形高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:37芯Bi-2223高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的制備
首先制備一根Bi-2212單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，超導(dǎo)芯的主相為Bi-2212， 包在超導(dǎo)芯周圍的金屬基體為純銀，其橫截面為圓形，線徑為2.5mm，將它 拔制出37根單芯，每根長(zhǎng)度均為2m，其中1根線徑為2.2mm， 6根線徑為 2. Mmm， 12根線徑為2. 09mm， 18根線徑為2. 04mm，然后將它們裝入一內(nèi)徑 為15mm的銀鎂合金管中，如圖3所示，其中1是在第一層(中心層)的單 芯，2和3是由中心向外數(shù)第二層的單芯，4和5是由中心向外數(shù)第三層的 單芯，6和7是第四層(最外層)的單芯，12是金屬外包套。不同層的單 芯線的橫截面積不同，單芯2的橫截面積等于單芯3的橫截面積，并且是單 芯1的橫截面積的0. 95倍；單芯4的橫截面積等于單芯5的橫截面積，并 且是單芯2的橫截面積的0. 95倍；單芯6的橫截面積等于單芯7的橫截面 積，并且是單芯4的橫截面積的0.95倍。將上述多芯經(jīng)過(guò)多次拔制，形成 直徑為0.8mm的多芯圓線，然后將制得的圓線在835。C下熱處理20小時(shí)， 得到具有較高臨界電流的37芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材。
7實(shí)施例2:37芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材的制備
首先制備一根Bi-2212單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，超導(dǎo)芯的主相為Bi-2212， 包在超導(dǎo)芯周圍的金屬基體為純銀，其橫截面為圓形，線徑為2.5mm，將它 拔制出37根單芯，每根長(zhǎng)度均為2m，其中1根線徑為2.2rnm， 6根線徑為 2. 14mm， 12根線徑為2. 09mm， 18根線徑為2. 04ram，然后將它們裝入一內(nèi)徑 為15mm的銀鎂合金管中，如圖3所示，其中1是在第一層(中心層)的單 芯，2和3是由中心向外數(shù)第二層的單芯，4和5是由中心向外數(shù)第三層的 單芯，6和7是第四層(最外層)的單芯，12是金屬外包套。不同層的單 芯線的橫截面積不同，單芯2的橫截面積等于單芯3的橫截面積，并且是單 芯1的橫截面積的0. 95倍；單芯4的橫截面積等于單芯5的橫截面積，并 且是單芯2的橫截面積的0. 95倍；單芯6的橫截面積等于單芯7的橫截面 積，并且是單芯4的橫截面積的0.95倍。將上述多芯經(jīng)過(guò)多次拔制，形成 直徑為1.5咖的多芯圓線，然后將制得的圓線軋制成帶材，寬為4.2mm，厚 度為0.24mm，最后進(jìn)行形變熱處理得到具有臨界電流為130A的37芯Bi-2223局溫超導(dǎo)市材o
實(shí)施例3:61芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材的制備
首先制備一根Bi-2212單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，超導(dǎo)芯的主相為Bi-2212， 包在超導(dǎo)芯周圍的金屬基體為純銀，其橫截面為圓形，線徑為lOmm，將它 拔制出61根正六邊形單芯，每根長(zhǎng)度均為0. 5m，其中1根邊長(zhǎng)為6畫(huà)，6 根邊長(zhǎng)為5. 69mm， 12根邊長(zhǎng)為5. 40mm， 18根邊長(zhǎng)為5. 12mm， 24根線徑為 4. 86mm。然后將它們裝入一內(nèi)徑為50mm的銀鎂合金管中，如圖4所示，其 中1是在第一層(中心層)的單芯，2和3是由中心向外數(shù)第二層的單芯， 4和5是由中心向外數(shù)第三層的單芯，6和7是第四層的單芯，8和9是五 層(最外層)的單芯，12是金屬外包套。不同層的單芯線的橫截面積不 同，單芯2的橫截面積等于單芯3的橫截面積，并且是單芯1的橫截面積的 0.9倍；單芯4的橫截面積長(zhǎng)等于單芯5的橫截面積，并且是單芯2的橫截 面積的0.9倍；單芯6的橫截面積等于單芯7的橫截面積，并且是單芯4的 橫截面積的0.9倍；單芯8的橫截面積等于單芯9的橫截面積，并且是單芯 6的橫截面積的0. 9倍。將上述多芯經(jīng)過(guò)多次拔制，形成直徑為1. 5mm的多
8芯圓線，然后將制得的圓線軋制成帶材，寬為4.2mm，厚度為0.24mm，最后 進(jìn)行形變熱處理得到具有臨界電流為130A的61芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材。
實(shí)施例4:91芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材的制備
首先制備一根Bi-2212單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，超導(dǎo)芯的主相為Bi-2212， 包在超導(dǎo)芯周圍的金屬基體為純銀，其橫截面為圓形，線徑為lmm，將它拔 制出91根單芯，每根長(zhǎng)度均為lm，其中1根線徑為0. 35mm， 6根線徑為 0. 31mra， 12根線徑為0. 28mm， 18根線徑為0. 25mm， 24根線徑為0. 22mm， 30根線徑為0. 2mm，然后將它們裝入一內(nèi)徑為3mm的銀鎂合金管中，如圖5 所示，其中l(wèi)是在第一層(中心層)的單芯，2和3是由中心向外數(shù)第二層 的單芯，4禾B 5是由中心向外數(shù)第三層的單芯，6禾B 7是第四層的單芯，8 和9是五層的單芯，10和11是第六層(最外層)的單芯，12是金屬外包 套。不同層的單芯線的橫截面積不同，單芯2的橫截面積等于單芯3的橫截 面積，并且是單芯1的橫截面積的0. 8倍；單芯4的橫截面積等于單芯5的 橫截面積，并且是單芯2的橫截面積的0.8倍；單芯6的橫截面積等于單芯 7的橫截面積，并且是單芯4的橫截面積的0.8倍，單芯8的橫截面積等于 單芯9的橫截面積，并且是單芯6的橫截面積的0. 8倍，單芯10的橫截面 積等于單芯11的橫截面積，并且是單芯8的橫截面積的0.8倍。將上述多 芯經(jīng)過(guò)多次拔制，形成直徑為1.5mm的多芯圓線，然后將制得的圓線軋制成 帶材，寬為4.2mm，厚度為0. 24mm，最后進(jìn)行形變熱處理得到具有臨界電流 為130A的91芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材。
實(shí)施例5:19芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材的制備
首先制備一根Bi-2212單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，超導(dǎo)芯的主相為Bi-2212， 包在超導(dǎo)芯周圍的金屬基體為純銀，其橫截面為圓形，線徑為8mm，將它拔 制出19根單芯，每根長(zhǎng)度均為lm，其中1根線徑為5.00mm， 6根線徑為 4.78,， 12根線徑為4. 60mm，然后將它們裝入一內(nèi)徑為25腿的銀鎂合金管 中，如圖6所示，其中l(wèi)是在第一層(中心層)的單芯，2禾Q3是由中心向 外數(shù)第二層的單芯，4和5是由中心向外數(shù)第三層(最外層)的單芯，12是 金屬外包套。不同層的單芯線的橫截面積不同，單芯2的橫截面積等于單芯
93的橫截面積，并且是單芯1的橫截面積的0.92倍；單芯4的橫截面積等 于單芯5的橫截面積徑，并且是單芯2的橫截面積的0. 92倍。將上述多芯 經(jīng)過(guò)多次拔制，形成直徑為1.5mm的多芯圓線，然后將制得的圓線軋制成帶 材，寬為4. 2mm，厚度為0. 24mm，最后進(jìn)行形變熱處理得到具有臨界電流為 130A的19芯Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材。
權(quán)利要求
1、一種多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，包括如下步驟a1)制備單芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其包含一根具有超導(dǎo)性能的超導(dǎo)芯和包在超導(dǎo)芯周圍的至少一種金屬基體；b1)將上述制得的單芯超導(dǎo)導(dǎo)線拔制成具有不用橫截面積的單芯線，然后將它們裝入外套管中形成多芯結(jié)構(gòu)，使每段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線之間沿著長(zhǎng)度方向互相平行，在橫截面上分層排列；c1)拔制上述制得的導(dǎo)線；和d1)熱處理上述制得的導(dǎo)線；其特征在于b1)中從多芯的橫截面看，中心處單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的橫截面積最大。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 bl)中從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積逐漸減小。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 bl)中從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積逐層減小。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 bl)屮從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積相鄰層減小的比率 范圍可為5%_20%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 bl)中從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積相鄰層減小的比率 范圍可為8%-10%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 bl)歩驟的單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的數(shù)量為19-169。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 bl)歩驟的單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的數(shù)量為37、 61或91芯。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 多芯結(jié)構(gòu)中橫截面為正六邊形的單芯線的邊長(zhǎng)為0.2-6. 0ram，或橫截面為圓 形的單芯線的直徑可為0. 2-5. Omm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述的 金屬基體的材料為銀或銀合金。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述 的外套管的材料為銀或銀合金。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述 方法的cl)和dl)步驟之間還包括軋制。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法，其特征在于所述 方法的dl)步驟之后還包括軋制。
13、 一種根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的制備方法制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其特征在于所述的導(dǎo)線包含多根單芯超導(dǎo)導(dǎo)線和包在單芯超導(dǎo)導(dǎo)線周圍 的至少一種金屬基體，每段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線之間沿著長(zhǎng)度方向互相平行，在橫 截面上分層排列，中心處單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的橫截面積最大，單芯超導(dǎo)導(dǎo)線包含 一根具有超導(dǎo)性能的超導(dǎo)芯和包在超導(dǎo)芯周圍的至少一種金屬基體。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備方法制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其特征在于 從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積逐漸減小。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的制備方法制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其特征在于 從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積逐層減小。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的制備方法制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其特征在于從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積相鄰層減小的比率范圍為5%-20%。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備方法制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其特征在于 從多芯的橫截面看，由中心向外單芯線的橫截面積相鄰層減小的比率范圍為 8%—10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的方法及其產(chǎn)品，多芯超導(dǎo)導(dǎo)線的制備方法包括首先制備單芯超導(dǎo)導(dǎo)線，其包含一根具有超導(dǎo)性能的超導(dǎo)芯和包在超導(dǎo)芯周圍的至少一種金屬基體，然后將上述制得的單芯超導(dǎo)導(dǎo)線拔制成具有不用橫截面積的單芯線，再將它們裝入外套管中形成多芯結(jié)構(gòu)，使每段單芯超導(dǎo)導(dǎo)線之間沿著長(zhǎng)度方向互相平行，在橫截面上分層排列，中心處單芯超導(dǎo)導(dǎo)線的橫截面積最大，最后拔制、熱處理上述制得的導(dǎo)線，利用該方法制備的多芯超導(dǎo)導(dǎo)線具有較高的電學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01B13/00GK101471160SQ20071030431
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者冰 韓 申請(qǐng)人:北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司