青铜法铌三锡超导线材.pdfVIP

青铜法铌三锡超导线材 (superconductive wire of Nb 3 Sn by bronze route) A-15 型化合物超导材料的一种。把纯铌棒置于青铜中，通过加工制得多芯铌 / 青铜复合线材，经反应 热处理，青铜中的锡向铌芯扩散，且在铌芯表面反应生成铌三锡超导化合物，即成为青铜法铌三锡多芯复 合超导线材。用青铜法工艺制备的铌三锡多芯复合线材是 1969 年肯夫曼（ Kenfman）等人提出来的。 青铜法多芯超导材料设计 超导磁体中的超导材料处于工作状态时，由于扰动、磁滞、自场效应等现 象，使超导体内出现磁通跳跃而产生不稳定性。 为了克服不稳定性， 超导体必须做成细芯、 多股的复合体。 根据应用需要，有的还要编织、绞缆等全换位手段，制成二次导体。与铌钛多芯线一样复合铜使青铜法铌 三锡更稳定。为防止青铜区对纯铜区的污染，采用钽作阻挡层，也可用局部渗磷铌箔替代较贵的钽作阻挡 层。 青铜法铌三锡多芯超导体制备工艺 铌三锡多芯线青铜法制备工艺如示意图 1 由图 1 可看出， 将纯铌嵌在锡青铜中 ( 含锡量 13％～ 14％) ，经挤压、 拉拔至最终尺寸后， 扭绞成型， 再在 550～750℃温度热处理，使青铜中的锡与铌芯发生固态反应，在青铜基体与铌芯界面上生成铌三锡。 冷加工过程中，由于青铜本身加工硬化快，复合线需要进行多次中间退火。在青铜法 Nb3Sn 生成热处理温 度下，铌芯与青铜反应生成的化合物只有 Nb3Sn 相，不出现 Nb6 Sn5 、NbSn2 等非超导中间相。由于是固态反 3 3 3 应，生成的 Nb Sn 层平滑而较均匀。较低的生成热处理温度致使 NbSn 晶粒尺寸细小。因此，青铜法 Nb Sn 材料的载流能力较优。青铜中的锡与铌芯反应后，仍残存 1 .3 ％的锡，其电阻率与铜一镍合金相近，可降 低脉冲磁场下的交流损耗。 青铜法改进工艺 主要有外扩散法、内扩散法、铌管法、拉网包卷法、原位法和粉末法等。 外扩散法 该法是把 Cu-Nb 多芯复合坯料挤压一拉拔至成品直径，其外部覆锡层，经热处理首先生成 Cu-Sn 合金基体， 进而生成 Nb3Sn 芯丝。 这种称为外扩散的方法与原青铜法相比，主要优点是将 Cu-Nb 复合 体一直拉拔到所需尺寸，而不要中间反复退火。但是，在外覆锡层大于 5 μm时，外层出现剥落现象，这只 能限于制作线径小于 0.25mm 直径的线材。 内扩散法 ( 或称内锡法 ) 将包铜的铌棒 ( 或铜基体中含有多根铌芯的复合棒 ) 与包铜的 Sn-(8 ～20) ％ Cu 合金棒组装在一根铜管中，并使后者置于铜管中心，把这种复合坯料冷拉拔到所需直径，再热处理生成 Nb3Sn 。这种工艺的主要优点有三： (1) 没有原青铜法复合体加工中繁琐的中间退火； (2)Nb 3Sn 生成所需锡 3 源是 Sn—Cu 合金，可人为控制，锡源充足， NbSn 的晶粒细，化学计量比好，载流能力优； (3) 与外扩散法 相比，低熔点的 Sn-Cu 合金包在线中心， 纯铜区和钽阻挡层可置于线外层， 也不存在覆锡层及其剥落问题。 铌管法 此法有两种线材制作工艺，它们都是以铌管代替青铜法 ( 或内扩散法 ) 中的铌棒。一种工艺是 把锡青铜塞入外套铜管的铌管中，经多次复合组装、挤压、拉拔，最后热处理获得 Nb3Sn 超导体。导体的 加工过程，与