CN119381076A 一种稳定rrr值的铌三锡超导线材及其制备方法 （西安聚能超导线材科技有限公司）

(19)国家知识产权局(10)申请公布号CN119381076A(21)申请号202510000213.2(22)申请日2025.01.02(71)申请人西安聚能超导线材科技有限公司地址710075陕西省西安市西咸新区泾河新城正阳大道北段2000号李鹏举武博刘向宏冯勇(74)专利代理机构西安鼎迈知识产权代理事务所(普通合伙)61263专利代理师李静(54)发明名称一种稳定RRR值的铌三锡超导线材及其制备(57)摘要本发明属于超导线材技术领域，公开了一种稳定RRR值的铌三锡超导线材及其制备方法。本发明将无氧铜棒、Ta片、薄壁无氧铜包套制备成Cu/Ta/Cu复合管，同时将亚组元密排装进Ta阻隔层中，再将其装入制备的Cu/Ta/Cu复合管中，获得具有双层Ta结构的Nb₃Sn最终坯料，经多次拉伸制得Nb₃Sn超导线材。本发明实现了Nb₃Sn超导线材内部的双层Ta阻隔层结构，降低原有单Ta阻隔层结构在拉伸过程中破裂进而导致Sn扩散至铜稳定层，降低线材RRR值的风险。相较于传统的单层Ta管超导线材，本发明制备的Nb₃Sn超导线77652S1.将清洗后的Ta片(1)包裹在清洗后的无氧铜棒(2)上，将其装入清洗后的薄壁无氧铜包套(3)中，随即将其两端加上铜盖再用真空电子束封焊，得到Cu/Ta/Cu复合包套；S2.将S1得到的Cu/Ta/Cu复合包套进行挤压处理，并进行多道次拉伸后定尺切断，得到S3.将S2得到的Cu/Ta/Cu复合棒进行深孔钻得到Cu/Ta/Cu复合管(6);S4.将Ta阻隔层(5)及亚组元清洁后，集束装入清洗后的Cu/Ta/Cu复合管(6)中，最后将导线材。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S1中，Ta片(1)长度为200~1000mm,宽度为300~600mm,厚度为1~50mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S1中，无氧铜棒(2)规格为：直径1004.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S1中，薄壁无氧铜包套(3)规格为：5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S2中，所述Cu/Ta/Cu复合6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S3中，所述Cu/Ta/Cu复合棒深孔钻7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S4中，所述亚组元包括：六边形亚组所述六边形亚组元(410)的对边距离为2~15mm,所述扇形亚组元(420)的圆弧与对边最远距离为2~15mm,所述半圆形亚组元(430)的两条平行边距离为2~15mm;所述亚组元的长度8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S4中，薄壁无氧铜管(7)规格为：内9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S4中，拉伸道次加工率为2~30%,拉伸速度为1~100m/min。10.采用权利要求1所述制备方法制得的稳定RRR值的Nb₃Sn超导线材。CN119381076A说明书1/5页3一种稳定RRR值的铌三锡超导线材及其制备方法[0001]本发明属于超导线材技术领域，涉及一种稳定RRR值的铌三锡超导线材及其制备方法。[0002]铌三锡(Nb₃Sn)超导线材具有较高的临界电流密度，是制造高场磁体的重要原材保证线材的剩余电阻率(ResidualResi保证Ta阻隔层的完整性以减少Sn在热处S1.将清洗后的Ta片包裹在清洗后的无氧铜棒上，将其装入清洗后的薄壁无氧铜320mm,长度200~1000mm。4亚组元；所述六边形亚组元的对边距离为2~15mm,所述扇形亚组元的圆弧与对边最远距离为2~15mm,所述半圆形亚组元的两条平行边距离为2~15mm;所述亚组元的长度为600~[0012]进一步，在上述方法的S4中，拉伸道次加工率为2~30%,拉伸速度为1~100m/min。[0013]本发明还请求保护上述制备方法制得的稳定RRR值的Nb₃Sn超导线材。[0014]相对于现有技术，本发明“一种稳定RRR值的铌三锡超导线材及其制备方法”至少具有以下有益效果：本发明使用Cu/Ta/Cu复合管代替无氧铜管进行Nb₃Sn线材组装，能够实现复合线内部的双层Ta阻隔层结构，降低原有单Ta阻隔层结构在拉伸过程中破裂进而导致Sn扩散至铜稳定层，降低线材RRR值的风险。具体地：通过组装-焊接-挤压-拉伸-钻孔的方式将无氧铜棒、Ta片、薄壁无氧铜包套制备成Cu/Ta/Cu复合管，同时将亚组元密排装进Ta阻隔层中，再将其装入制备的Cu/Ta/Cu复合管中，获得具有双层Ta结构的Nb₃Sn最终坯料，经多次拉伸制得Nb₃Sn超导线材。相较于传统的单层Ta管超导线材，本发明制备的Nb₃Sn超导线材RRR值[0015]此外，本发明通过将Ta片与无氧铜棒、薄壁无氧铜包套组装后挤压获得Cu/Ta/Cu复合棒的方式，较传统的将Ta片卷制成Ta管后再组装过程能够获得更好的Cu/Ta界面结合，提高Cu、Ta成型一体性，有效降低后续复合线加工过程中因扭绞等工序导致Ta阻隔层搭接处破裂的风险。[0016]最后，Cu/Ta/Cu复合管在组装过程中使用的Ta片规格(长度200~1000mm,宽度300~600mm,厚度1~50mm)较传统Nb₃Sn复合线所用的Ta片规格更大，有效降低了清洗难度，减少复合线组装过程中的外来杂质。附图说明薄壁无氧铜包套。[0018]图2为Nb₃Sn最终坯料横截面示意图。图2中：410六边形亚组元，420扇形亚组元，[0019]图3为实施例1制备的Nb₃Sn超导线材与常规线材的RRR值测试结果。[0020]图4为实施例2制备的Nb₃Sn超导线材与常规线材的RRR值测试结果。[0021]图5为实施例3制备的Nb₃Sn超导线材与常规线材的RRR值测试结果。具体实施方式[0022]下面结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描5例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范S1.将清洗后的Ta片1包裹在清洗后的无氧铜棒2上，将其装入清洗后的薄壁无氧铜包套3中，随即将其两端加上铜盖再用真空电子束封焊，得到Cu/Ta/Cu复合包套。[0024]S2.将S1得到的Cu/Ta/Cu复合包套进行挤压处理，并进行多道次拉伸后定尺切断，[0025]S3.将S2得到的Cu/Ta/Cu复合棒进行深孔钻得到Cu/Ta/Cu复合管6。[0026]S4.将Ta阻隔层5及亚组元清洁后，集束装入清洗后的Cu/Ta/Cu复合管6中，最后将其装入清洗后的薄壁无氧铜管7中，得到Nb₃Sn最终坯料(横截面如图2所示),然后进行多次[0027]示例性地，在上述方法的S1中，Ta片1长度为200~1000mm,宽度为300~600mm,厚度[0028]示例性地，在上述方法的S1中，无氧铜棒2规格为：直径100~300mm,长度200~[0029]示例性地，在上述方法的S1中，薄壁无氧铜包套3规格为：内径100~300mm,外径120[0030]示例性地，在上述方法的S2中，所述Cu/Ta/Cu复合棒规格为：直径30~60mm,长度[0032]示例性地，在上述方法的S4中，所述亚组元包括：六边形亚组元410、扇形亚组元420、半圆形亚组元430;所述六边形亚组元410的对边距离为2~15mm,所述扇形亚组元420的圆弧与对边最远距离为2~15mm,所述半圆形亚组元430的两条平行边距离为2~15mm;所述亚组元的长度为600~4000mm。[0033]示例性地，在上述方法的S4中，薄壁无氧铜管7规格为：内径15~60mm,外径20~[0034]示例性地，在上述方法的S4中，拉伸道次加工率为2~30%,拉伸速度为1~100m/min。本实施例提供一种稳定RRR值的Nb₃Sn超导线材的制备方法。[0036]S1.将清洗后的Ta片1包裹在清洗后的无氧铜棒2上，将其装入清洗后的薄壁无氧铜包套3中，随即将其两端加上铜盖再用真空电子束封焊，得到Cu/Ta/Cu复合包套。[0038]S2.将S1得到的Cu/Ta/Cu复合包套进行挤压处理，并进行多道次拉伸后定尺切断，[0039]S3.将S2得到的Cu/Ta/Cu复合棒进行深孔钻得到Cu/Ta/Cu复合管6。所述Cu/Ta/Cu复合棒深孔钻直径为20mm。[0040]S4.将Ta阻隔层5及亚组元清洁后，集束装入清洗后的Cu/Ta/Cu复合管6中，最后将6[0041]在上述S4中，所述亚组元包括：六边形亚组元410、扇形亚组元420、半圆形亚组元430;所述六边形亚组元410的对边距离为10mm,所述扇形亚组元420的圆弧与对边最远距离为7mm,所述半圆形亚组元430的两条平行边距离为10mm;所述亚组速度为1~100m/min。[0042]需要说明的是，对于拉伸道次加工率，由于坯料需要多道次拉伸，每一道次拉伸加工率不同，前三道次采用5%加工率，在φ45以上采用15%左右加工率，在φ35以上采用20%左右加工率，在φ5以上采用18%左右加工率，φ5以下采用12%左右加工率，因此S4中的加工率不为固定值。对于拉伸速度，φ45以上采用5m/min,φ17以上采用12m/min,φ5以上采用20~30m/min,φ1.0以上采用50~80m/min,最终成型采用100m/min,因此S4中的拉伸速度也不为[0043]其中，线材拉伸至直径0.818mm尺寸后试结果均保持在250以上(图3)。采用相同规格亚组元制备单层Ta管超导线材，使用同样加工方法，线材拉伸至0.818mm后同样选取100m进行腐蚀，发现1处Ta破裂的情况。另将100m线材进行热处理，分段进行RRR值测试，测试条件为273K/20K,测试结果均在170以下，且出现本实施例提供一种稳定RRR值的Nb₃Sn超导线材的制备方法。[0045]S1.将清洗后的Ta片1包裹在清洗后的无氧铜棒2上，将其装入清洗后的薄壁无氧铜包套3中，随即将其两端加上铜盖再用真空电子束封焊，得到Cu/Ta/Cu复合包套。[0047]S2.将S1得到的Cu/Ta/Cu复合包套进行挤压处理，并进行多道次拉伸后定尺切断，得到Cu/Ta/Cu复合棒。所述Cu/Ta/Cu复合棒规格为：直径50mm,长度1750mm。[0048]S3.将S2得到的Cu/Ta/Cu复合棒进行深孔钻得到Cu/Ta/Cu复合管6。所述Cu/Ta/Cu复合棒深孔钻直径24mm。[0049]S4.将Ta阻隔层5及亚组元清洁后，集束装入清洗后的Cu/Ta/Cu复合管6中，最后将[0050]在上述S4中，所述亚组元包括：六边形亚组元410、扇形亚组元420、半圆形亚组元430;所述六边形亚组元410的对边距离为11mm,所述扇形亚组元420的圆弧与对边最远距离为9mm,所述半圆形亚组元430的两条平行边距离为11mm;所述亚组元的长度为2000mm。所述薄壁无氧铜管7规格为：内径51.3mm、外径66mm,长度2000mm。拉伸道次加工率为2~30%,拉伸速度为1~100m/min。[0051]其中，线材拉伸至直径0.818mm尺寸后7试结果均保持在260以上(图4)。采用相同规格亚组元制备单层Ta管超导线材，使用同样加材进行热处理，分段进行RRR值测试，测试条件为273K/20K,测试结果均在170以下，且出现本实施例提供一种稳定RRR值的Nb₃Sn超导线材的制备方法。[0053]S1.将清洗后的Ta片1包裹在清洗后的无氧铜棒2上，将其装入清洗后的薄壁无氧铜包套3中，随即将其两端加上铜盖再用真空电子束封焊，得到Cu/Ta/Cu复合包套。[0055]S2.将S1得到的Cu/Ta/Cu复合包套进行挤压处理，并进行多道次拉伸后定尺切断，[0056]S3.将S2得到的Cu/Ta/Cu复合棒进行深孔钻得到Cu/Ta/Cu复合管6。所述Cu/Ta/Cu复合棒深孔钻直径25mm。[0057]S4.将Ta阻隔层5及亚组元清洁后，集束装入清洗后的Cu/Ta/Cu复合管6中，最后将其装入清洗后的薄壁无氧铜管7中，得到Nb₃Sn最终坯料，然后进行多次拉伸，制得Nb₃Sn超导[0058]在上述S4中，所述亚组元包括：六边形亚组元410、扇形亚组元420、半圆形亚组元430;所述六边形亚组元410的对边距离为9mm,所述扇形亚组元420的圆弧与对边最远距离为7mm,所述半圆形亚组元430的两条平行边距离为9mm;所述亚组元的长度为3000mm。所述伸速度为1~100m/min。[0059]其中，线材拉伸至直径0.818mm尺寸后试结果均保持在280以上(图5)。采用相同规格亚组元制备单层Ta管超导线材，使用同样加材进行热处理，分段进行RRR值测试，测试条件为273K/20K,