CN119381077B 一种超长NbTi-Cu超导线材的制备方法及超导线材 （西安聚能超导线材科技有限公司）

(12)发明专利新城正阳大道北段2000号审查员赵亚楠(72)发明人陈晓郭强韩路洋张凯林周子敬李恒超赵佳军刘向宏冯勇李建峰张平祥所(普通合伙)61263一种超长NbTi/Cu超导线材的制备方法及超本发明提供了一种超长NbTi/Cu超导线材的圆盘和所述多孔圆盘圆心向边缘方向延伸形成合于所述U型浇铸模具的凹槽中，然后将整个模进行拉伸制得多芯NbTi/22铸模具设有多个凹槽；多孔铜板，所述多孔铜板由多孔圆盘和所述多孔圆盘圆心向边缘方向延伸形成的凸合部组成；将多根NbTi单芯棒和多个所述多孔铜板进行组装，通过所述多孔铜板的凸合部卡合于所述U型浇铸模具的凹槽中，然后将整个模块进行保温处理；将保温后的模块，采用熔化后的无氧铜进行浇铸，同时采用牵引机构对模块进行移动；模具前进的同时，设有冷却模块对已浇铸完成的部分进行冷却；待全部铸造成型后，除去外侧冗余部分，再经过连续拉拔模块后，盘圆进行拉伸制得多芯NbTi/Cu超导线材；所述多孔圆盘中单个孔的孔径与所述NbTi单芯棒的直径匹配，所述单个孔的孔径和所述NbTi单芯棒的直径为2~15mm;所述多孔圆盘的孔数为12~60;所述多孔铜板进行组装固定时，所述U型浇铸模具中凹槽的间隔距离为0.3~1.5m。2.根据权利要求1所述的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法，其特征在于，所述多孔圆盘的截面直径为50~200mm。3.根据权利要求1所述的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法，其特征在于，所述U型浇铸模具的长度为5~30m。4.根据权利要求1所述的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法，其特征在于，所述保温处理的温度为600~1000℃,时间为2~4h。5.根据权利要求1所述的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法，其特征在于，所述浇铸使用熔体的温度为1000~1200℃。6.根据权利要求1所述的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法，其特征在于，所述连续拉拔模块中具有多个连续拉拔机，所述多个连续拉拔机之间设有冷却装置。7.一种NbTi/Cu超导线材，其特征在于，采用权利要求1~6任一项所述的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法制得。8.根据权利要求7所述的NbTi/Cu超导线材，其特征在于，所述NbTi/Cu超导线材的长度不低于50000m。3一种超长NbTi/Cu超导线材的制备方法及超导线材技术领域[0001]本发明属于超导线材技术领域，涉及一种超长NbTi/Cu超导线材的制备方法及超导线材。背景技术聚变实验堆、加速器等领域。目前超导线材的制备中，组装焊接后挤压成型是NbTi/Cu超导线材最常见的加工方式，需要经过组装、焊接和挤压三道工序，对于超导线材前端工序耗时芯丝变形不均匀等风险，造成超导线材Jc性能较低，而且挤压需要较长的保温时间，影响生产效率。另外，真空焊接设备和挤压设备对被加工的超导复合锭尺寸有很大限制，这些加工设备限制了超长超导复合线材的制备。组装、焊接和挤压工序较多且成本较高，需要控制加工的各组元精度要求较高。挤压后线材在拉床拉伸，占用空间较大，需要进行优化。真空焊接设备和挤压设备可加工的复合锭尺寸有限，目前仅能制备50000m的超导复合线。发明内容[0003]本发明的目的在于解决传统NbTi/Cu超导线材的制备需要大量设备，用于超长多提供了一种超长NbTi/Cu超导线材的制备方法及超导线材来解决本领域内的这种需要。[0004]一方面，本发明涉及一种超长NbTi/Cu超导线材的制备方法，其包括：U型浇铸模[0005]多孔铜板，所述多孔铜板由多孔圆盘和所述多孔圆盘圆心向边缘方向延伸形成的凸合部组成；[0006]将多根NbTi单芯棒和多个所述多孔铜板进行组装，通过所述多孔铜板的凸合部卡合于所述U型浇铸模具的凹槽中，然后将整个模块进行保温处理；[0007]将保温后的模块，采用熔化后的无氧铜进行浇铸，同时采用牵引机构对模块进行[0008]模具前进的同时，设有冷却模块对已浇铸完成的部分进行冷却；[0009]待全部铸造成型后，除去外侧冗余部分，再经过连续拉拔模块后，盘圆进行拉伸制得多芯NbTi/Cu超导线材。[0010]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述多孔圆盘的截面直径为50~200mm。[0011]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述U型浇铸模具的长度为5~30m。[0012]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述多孔圆盘中单个孔的孔径与所述NbTi单芯棒的直径匹配，所述单个孔的孔径和所述NbTi单芯棒的直径4[0013]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述多孔圆盘的孔数为12~60。[0014]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述多孔铜板进行组装固定时，所述U型浇铸模具中凹槽的间隔距离为0.3~1.5m。[0015]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述保温的温度为600~1000℃,时间为2~4h。[0016]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述浇铸使用熔体的温度为1000~1200℃。[0017]进一步地，在本发明提供的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法中，所述连续拉拔模块中具有多个连续拉拔机，所述多个连续拉拔机之间设有冷却装置。[0018]另一方面，本发明涉及一种NbTi/Cu超导线材，其采用所述的超长NbTi/Cu超导线材的制备方法制得。[0019]进一步地，在本发明提供的NbTi/Cu超导线材中，所述NbTi/Cu超导线材的长度不低于50000m。[0020]与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具备以下有益效果或优点：[0021]本发明可以制备超长的复合超导线材，同时可以省去组装，焊接和挤压工序，节省了工序及转料时长。本发明减少了挤压工序规避了挤压过程中的可能会产生的鼓包、分层和芯丝变形等风险。同时NbTi线材的利用率大幅提升，大大降低了成本。附图说明[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0023]图1为12孔多孔铜板的截面图。[0024]图2为铸造完成后的NbTi/Cu超导线材的截面示意图。具体实施方式[0026]下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。下述实施例中的%,如无特殊说明，均为质量百[0028]本实施例提供了12芯NbTi/Cu超导线材的制备。[0029]按照超导线材性能要求，设计12芯NbTi/Cu超导线材，制得图1所示直径100mm,厚度为10mm的多孔铜板11个，多孔铜板由多孔圆盘和多孔圆盘圆心向边缘方向延伸形成的凸合部组成。将多孔铜板和NbTi棒进行酸洗备用，其中NbTi棒的直径为10mm,长度为15m,共125支。将NbTi棒穿过多孔铜板，多孔铜板的间距为1.5m,将多孔铜板下侧凸合部卡合于设有多个凹槽的U型浇铸模具，组装后如图2所示。将固定后的模具整体放进20m热处理炉，保温2h。保温后的模具，置于铸造模块下方，开始浇铸同时牵引机构进行移动。模具前进过程中，使用冷却水槽进行冷却。超导棒材全部铸造成型后，机加工出去外侧冗余部分。超导棒材机加后经过连续拉拔模块后，连续拉拔模块中具有多个连续拉拔机，连续拉拔机之间设有冷却装置。盘圆后进行后续拉伸，拉伸得到100000m的12芯NbTi/Cu超导[0030]对比组装焊接后挤压成型常规方法制得的12芯NbTi/Cu超导线材，本发明制得12芯NbTi/Cu超导线材的成品率从81.7%提升为90.2%,NbTi线材的利用率综合提升了5%左右。[0032]本实施例提供了60芯NbTi/Cu超导线材的制备。[0033]按照超导线材性能要求，设计60芯NbTi/Cu超导线材，制得直径50mm,厚度为10mm的多孔铜板41个，多孔铜板由多孔圆盘和多孔圆盘圆心向边缘方向延伸形成的凸合部组成。将多孔铜板和NbTi棒进行酸洗备用，其中NbTi棒的直径为2mm,长度为20m,共60支。将NbTi棒穿过多孔铜板，多孔铜板的间距为0.5m,将多孔铜板下侧凸合部卡合于设有多个凹槽的U型浇铸模具。将固定后的模具整体放进20m热处理炉，在800℃保温2h。保温后的模具，置于铸造模块下方，开始浇铸同时牵引机构进行移动。模具前进过程中，使用冷却水槽进行冷却。超导棒材全部铸造成型后，机加工出去外侧冗余部分。超导棒材机加后经过连续拉拔模块后，连续拉拔模块中具有多个连续拉拔机，连续拉拔机之间设有冷却装置。盘圆后进行[0034]对比组装焊接后挤压成型常规方法制得的60芯NbTi/Cu超导线材，本发明制得60芯NbTi/Cu超导线材的成品率从76.6%提升为85.1%,NbTi线材的利用率综合提升了5%左右。[0036]本实施例提供了30芯NbTi/Cu超导线材的制备。[0037]按照超导线材性能要求，设计30芯N的多孔铜板11个，多孔铜板由多孔圆盘和多孔圆盘圆心向边缘方向延伸形成的凸合部组成。将多孔铜板和NbTi棒进行酸洗备用，其中NbTi棒的直径为4mm,长度为10m,共30支。将NbTi棒穿过多孔铜板，多孔铜板的间距为1m,将多孔铜板下侧凸合部卡合于设有多个凹槽的U型浇铸模具。将固定后的模具整体放进20m热处理炉，在800℃保温2h。保温于铸造模块下方，开始浇铸同时牵引机构进行移动。模具前进过程中，使用冷却水槽进行冷却。超导棒材全部铸造成型后，机加工出去外侧冗余部分。超导棒材机加后经过连续拉拔模块后，连续拉拔模块中具有多个连续拉拔机，连续拉拔机之间设有冷却装置。盘圆后进行后[0038]对比组装焊接后挤压成型常规方