專利名稱：約束的細絲鈮基超導(dǎo)復(fù)合體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及A-15型多絲復(fù)合超導(dǎo)體的制造方法(“A-15”是表示內(nèi)部金屬化合物具有βW結(jié)構(gòu))。這些物質(zhì)包括Nb3Sn和Nb3Al，它們由于其優(yōu)良的高磁場性能，因而是非常重要的。遺憾的，它們是易碎的化合物，難于制成細絲，因而，它們是非常昂貴的。由于這些原因，易延展的NbTi超導(dǎo)體支配著商業(yè)市場，盡管其最大磁場低于8特斯拉。為了在成本合理的基礎(chǔ)上，使A-15型導(dǎo)體商業(yè)化和擴展有用的磁場到12特斯拉范圍，需要對其作很大的改進。本發(fā)明也可適用于“B1”超導(dǎo)體NbN和NbC的制造。
目前用于工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)代方法，其詳細說明公開在David B.Smathers所著的金屬手冊(Metals Handbook)(第十版，第2卷，1060-1077頁)一書的標題為“A-15超導(dǎo)體”之中。目前采用的方法有兩種。一種方法是采用一種青銅合金作為基質(zhì)，另一種方法是采用由純銅和純錫芯的結(jié)合作為基質(zhì)。第一種方法稱作“青銅法”，后者稱作“內(nèi)部錫法”。所述青銅基質(zhì)含有高達13％的Sn，物品硬化迅速，并需要頻繁的退火步驟。這些退火步驟對于所述內(nèi)部錫法來說是不需要的。但是，在所述內(nèi)部錫法中的冷拉，會導(dǎo)致粘結(jié)變差、細絲質(zhì)量退化和產(chǎn)率降低。在最終的拉出和加捻之后，兩種類型的導(dǎo)體都加熱到大約700℃，持續(xù)200小時或更長時間，以形成Nb3Sn。磁體是采用纏繞和反應(yīng)法(Wind and Reactmethod)專制而成的。
所得到的電流密度，顯著地低于根據(jù)實驗的短樣品數(shù)據(jù)的理論上可能的電流密度。這個問題，是由于700℃的低反應(yīng)溫度而引起的，它需要反應(yīng)熱處理的時間為數(shù)百小時。隨著Sn的消耗，Sn成分減少，它會進一步約束所述的反應(yīng)。在所述Nb細絲中未反應(yīng)的Nb會遺留下來，在剩余基質(zhì)中就會形成Kirkendall型孔洞，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的電流密度和機械性能變低。
顯著的改進是需要的，以改進這些重要的A-15導(dǎo)體的高磁場性能并降低其成本。
在Nb3Sn超導(dǎo)體金屬絲的制造中，為了防止在熱處理過程中錫污染所述金屬絲外部穩(wěn)定化的銅，采用一種障礙物，通常為鉭或鉭的合金。所述方法公開在David B.Smathers的文章中。盡管本發(fā)明中所述的多孔金屬外殼與用于Nb3Sn導(dǎo)體制造方法中的障礙物是類似的，但是，該技術(shù)在本發(fā)明的應(yīng)用中是全然不同的。
Wong的美國專利第5034856號和第US5869196號，公開了一種用于電容器的非常細的電子管金屬(優(yōu)選為鉭)細絲制備的新方法。涉及精細粉末的精細細絲的優(yōu)點是具有較高的純度、較低的成本、截面均勻和介電滲透容易，盡管對于陽極氧化來說，仍保持高的表面積。與精細粉末壓制品相比，截面的均勻性會使得電容器具有高的比電容、低的ESR和ESL，以及對于形成電壓和燒結(jié)溫度具有低的靈敏性。其它涉及電子管金屬細絲和纖維、其制造方法或由其制成的制品的專利，包括有美國專利第3277564號(Webber)、3379000號(Webber)、3394213號(Roberts)、3567407號(Yoblin)、3698863號(Roberts)、3742369號(Douglass)、4502884號(Fife)、5306462號(Fife)和5245514號(Fife)。
涉及A-15導(dǎo)體制造方法的現(xiàn)有技術(shù)，可通過閱讀Smather的文章和Masaki Suenaga和Alan f.Clark(Plenum Press，N.Y.Cryogenic Material Series(1980出版))所著的“FilamentaryA-15 Superconductors”而獲得。在這本書中，C.H.Rosner，B.A.Zeitlin，R.CX.Schwall，M.S.Walker和G.M.Ozeryansky所著標題為“Review of Superconducting Activities at IGC onA-15 Conductors”第67-79頁，具體地總結(jié)了早期的研究工作。最初，是采用粉末冶金方法，不久之后，是采用Nb帶和細絲的液態(tài)Sn的表面擴散方法。Allen的3218693專利保護一種方法，其中，涂敷Sn的Nb帶和細絲是在800-1000℃溫度下經(jīng)反應(yīng)形成Nb3Sn。類似的產(chǎn)品還由General Electric和隨后由IGC制得。電纜形式的Nb細絲，經(jīng)Sn浸漬之后，纏繞到磁體中并進行反應(yīng)；D.F.Martin等人的專利第3429032號。在一篇隨后的文章中，Scanlan和Fietz的“MultiFilamentary Nb3Sn for SuperconductingGenerator application”，IEEE Trans.MAG-11，p287，March’75，公開了采用電鍍Sn作為Sn源制造Nb3Sn的方法。
需要一種新方法以改進Nb3Sn導(dǎo)體的加工。在六十年代早期，純Nb帶、電線和電纜是浸漬到熔融Sn浴中，接著在高溫下反應(yīng)形成Nb3Sn。由于Nb3Sn是易碎的，所以，未反應(yīng)Nb的易延展性基體遺留下來，以便進行處理和隨后纏繞到磁體中。但是，對于穩(wěn)定的精細細絲和加捻導(dǎo)體的需要，很快使得這種方法變得陳舊了。
Wong的專利第5869196號公開了一種用來制造Ta電容器的方法，其中，Ta多絲是在一種約束外殼中制成的。這種方法描述了在最終形成操作之后除去銅基質(zhì)的方法。外殼的優(yōu)點在于不需要細絲的最終包裝，這是因為所述細絲現(xiàn)在是受約束的并由所述外殼支撐著。而且，在所述外殼內(nèi)部面積可以準確地確定，因為它是Ta的體積分數(shù)。
可以制得一種含有封閉在一個可用作支撐結(jié)構(gòu)的約束外殼中的精細Nb細絲的前體電線。對于所述銅基質(zhì)的除去，以及采用液態(tài)Sn浸漬方法，Sn或CuSn合金用來滲透和包圍所述的Nb細絲。其顯著優(yōu)點在于，可以完全省略隨后的電線拉出(電線拉出是目前Nb3Sn導(dǎo)體共處理和低收率難題)、易于提高Sn濃度的能力，可以顯著地提高現(xiàn)代導(dǎo)體的電流密度。在優(yōu)選實施例中，所述外殼是由Nb制成的，雖然Ta和不銹鋼也可采用。所述外殼是采用如Wong在美國專利第5869196號中所述方法制造的。坯料是以常用方式采用擠出和電線拉出方法，加工成最終尺寸的。所述銅基質(zhì)接著從這種前體電線中除去，并用Sn或CuSn合金基質(zhì)替代。接著用最終反應(yīng)熱處理將所述Nb轉(zhuǎn)化為Nb3Sn。


圖1為用于本發(fā)明的主坯料的示意圖，圖1a表明橫截面，圖1b表明所述坯料構(gòu)件縱向部署的剖面圖。
圖2為用于本發(fā)明的輔坯料橫截面的示意圖。
圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例產(chǎn)品的示意圖，圖3a表明產(chǎn)品為圓柱體，圖3b表明成型為長方轉(zhuǎn)化體之后的產(chǎn)品。
圖4與圖3相似，但是表明內(nèi)部銅芯得到穩(wěn)定化。
圖5-9表明在所述銅的酸溶出步驟過程之中和該步驟之后約束所述鈮細絲的輔助系統(tǒng)。
圖10為用于本發(fā)明優(yōu)選實施方案中所述主坯料的示意圖。
本發(fā)明涉及精細金屬細絲的制造方法，它可用作與錫(作為例子)反應(yīng)的原料，從而現(xiàn)場制備A-15超導(dǎo)體。公開了一種非常小的約束的細絲體和一種制造方法。本發(fā)明將會對超導(dǎo)體工業(yè)具有重要的價值，它可設(shè)法開發(fā)日益增加的高磁場A-15超導(dǎo)體。所述金屬是選自金屬元素，鈮，特別是Nb的A-15化合物。在一個優(yōu)選的形式中，本發(fā)明的產(chǎn)品，金屬細絲具有低于50微米的直徑。它們是約束在一個也是由金屬制成的圓柱外殼之中，其壁厚度為100微米或更小。形成所述外殼的金屬，優(yōu)選與所述細絲金屬相同，但這不是必需的；鉭以及不銹鋼都可采用。適合用作超導(dǎo)體的多絲導(dǎo)體，是通過對由一種含于一種易延展金屬(優(yōu)選為銅)之間并被其隔開的適當難熔金屬(優(yōu)選為鈮)的多金屬細絲所組成的金屬坯料進行扎制而形成的。所述Nb細絲在如圖2所示的坯料內(nèi)延長并且基本上是平行的。坯料中的Nb細絲4的排列是被一個金屬7的約束層所包圍。該金屬7優(yōu)選但不是必需與形成所述細絲的金屬相同。所述金屬層7優(yōu)選是完全環(huán)繞地包圍所述Nb細絲排列4，并遍及所述細絲的全部長度。所述層采用相同的易延展金屬6(例如Cu)(它們用來使所述細絲4彼此相互分隔開來)，分隔所述的細絲排列4。所述相同易延展金屬6也可形成所述坯料的表面，從而防止在加熱等過程中所述約束金屬層暴露出來。所述坯料是采用常規(guī)方法進行扎制的，如擠出和電線拉出方法。所述約束金屬外殼7接著進行打孔(如圖3a和3b中的標記8所示)，使得無機酸能夠方便地在多孔層進行擴散，并除去分隔所述Nb細絲的易延展的銅。將這些孔8應(yīng)該設(shè)計為能夠使得所述外殼保留其約束和支撐松散的Nb細絲4的能力是非常重要的。更為重要的是，它們應(yīng)該基本上沒有削弱整個復(fù)合體的強度或延展性。優(yōu)選地，孔8可以在軋鋼廠中以連續(xù)方式，按預(yù)期孔的圖案，采用機械軋制電線來實現(xiàn)。其它的方法也可采用，例如，選擇性化學(xué)刻蝕法、激光鉆孔法等，這些對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是很清楚的。所述約束金屬必須是一種對于用來溶解銅的酸是呈惰性的金屬。
典型的形狀可為圖3a的圓形截面或圖3b的矩形截面。矩形形狀的優(yōu)點在于，酸為了完全除去銅的滲透距離變小。內(nèi)部銅的穩(wěn)定化可由圖4所示引入。所述Ta包裹的銅表現(xiàn)為帶有Ta擴散障礙層的內(nèi)芯，它也可縮小溶出時間。此后，Nb細絲的不含銅的約束束，采用液態(tài)Sn或CuSn合金進行滲透，以徹底涂敷并使每個Nb細絲包埋在固體Sn或CuSn合金基質(zhì)中。所述Sn接著在一個分離步驟中與Nb反應(yīng)形成Nb3Sn。采用的溫度在700-1100℃之間，兩者都是在惰性氣氛或真空室中進行的。所述Nb細絲可以部分、全部地反應(yīng)，或者它是在制造過程的后續(xù)階段(例如在磁體中的成纜或纏繞之后)完成。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選形式中，Nb細絲，在機械扎制步驟完成時，具有數(shù)量級為1-25微米的直徑。在這種復(fù)合體的優(yōu)選最終形式中，所述Nb細絲是被所述Cu基質(zhì)分隔開的，所述Nb-Cu結(jié)構(gòu)被厚度為50微米或更小的且具有有效孔隙度為50％或更低的Nb層所包裹。當這種復(fù)合體浸入在溫度為100℃的HNO3和H2O的酸溶出浴中時，所述銅在約60分鐘內(nèi)被除去，留下一束由多孔Nb外殼所約束的微米尺寸的Nb細絲。當這種不含銅的Nb細絲聚集體在700-1100℃浸入到一種Sn合金浴中時，熔融Sn浴的表面張力和封閉于所述外殼中的Nb細絲束的毛細作用，使所述錫進入到所述束之中，它在此處徹底地包裹每個Nb細絲。Sn接著在制造工藝的后續(xù)階段與Nb反應(yīng)，形成Nb3Sn。
這種孔隙度可以通過例如機械打孔所述約束層而獲得，這對于冶金領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很清楚的，其中，所述孔8是均勻地間隔約0.25mm，尺寸為0.13mm×0.25mm的菱形，如圖3a和3b所示。
當銅從Nb-Cu基質(zhì)中的酸溶出導(dǎo)致在Nb細絲表面形成不可接受的大量的表面污染時，這些污染物可采用如本人早期專利5869169第9頁38-55行中所述的技術(shù)除去。這類脫氧處理也可采用液態(tài)Sn合金，提高所述Nb細絲的濕潤。
在銅除去之前，多股電線可以成纜在一起，如果需要的話，還可進行壓制。這可避免對Nb細絲的機械損傷，因為，在這種情形下，帶有Cu基質(zhì)的電線處于其最易于延展的狀態(tài)。所得的電纜接著進行溶出和Sn滲透處理。
實施例I的導(dǎo)體在所述鈮外殼中含有34.9體積％的銅。高百分比的銅，即Nb細絲間的間隔較大，可使化學(xué)蝕刻方法具有更快的除銅速率，但是，也會導(dǎo)致所述導(dǎo)體具有較低的電流密度。為了使所述電流密度最大化，經(jīng)蝕刻后的導(dǎo)體，在滲透之前，可對其進行機械壓制，以提高Nb的整體體積分數(shù)。
滲透步驟按照與用于Sn浸漬Nb帶相似的連續(xù)方式進行。在Sn浴中的停留時間應(yīng)該盡可能短，只要長到足以使電線達到溫度并能夠全部滲透且包埋所述細絲則可。這也避免所有早期易碎Nb3Sn的形成，而且可以避免由進一步加工如成纜等所引起的可能的損傷。
大約2wt％Nb可溶于1000℃的液態(tài)Sn中。在這些溫度下，延長在液態(tài)Sn浴中的時間，可能會導(dǎo)致部分Nb損失。所以，滲透時間應(yīng)該非常短。另外，通過在滲透之前采用添加純Nb金屬到所述浴中以飽和所述Sn，可以顯著地避免這種損失。例如，這可通過使純Nb帶或電線首先緩慢地經(jīng)過所述工藝來進行。在溫度低于950℃時，其它的非超導(dǎo)體化合物可能會快速地形成。所以，所述浸漬溫度應(yīng)該至少為1000℃或更高。所述電線在滲透之后快速冷卻也是非常重要的，從而避免形成大顆粒的易碎Cu和Sn的金屬間化合物。向Sn浴中加入大量的銅及其對于Nb3Sn層生長的影響，已經(jīng)由J.S.Caslaw報導(dǎo)在Cryognic，F(xiàn)eb.’71，pp.51-59。Cu的存在“催化”Nb3Sn反應(yīng)，并改善所述Nb3Sn的表面。添加高達32wt％的Cu，可導(dǎo)致Jc.明顯提高。
Nb3Sn的Hc2和Tc值受Nb合金復(fù)合體的影響。選擇添加Ti和Ta可提高這些數(shù)值是已知的。不僅提高Hc2和Tc很重要，而且提高流過合適通量釘扎(pinning)機制的Jc性能也是非常重要的。Smathers和Swenaga的文章對于“通量釘扎”和目前采用的方法給出了詳細的解釋。所有這些方法都可用于本發(fā)明。除了純Nb，還可采用Nb-1％Zr、Nb-1.5％Ti和Nb-7.5％Ta合金。所述Ta和Ti也可利用一種擴展的Ta或Ti網(wǎng)的薄表層添加到所述Nb中。這也有助于減小細絲之間的橋聯(lián)的可能性。Sn浴還包括Cu以及少量的Mg和Ti。
決定Nb3Sn導(dǎo)體性能的最重要參數(shù)是其電流密度。在高能物理領(lǐng)域中，需要能夠在4.2°K超過12特斯拉下進行操作的加速器磁體。用于在歐洲原子核研究中心(CERN)建造的大強子碰撞加速器(Large Hardon Collider accelerator)的雙極磁體，僅能采用NbTi在1.9°K、低于10特斯拉下操作。對于Nb3Sn來說，最高的Jc數(shù)值目前可以采用所述內(nèi)部Sn方法得到，已經(jīng)有報導(dǎo)，在12特斯拉和4.2°K時，數(shù)值高達2070 A/mm2。所述青銅法則限定在低于1000 A/mm2，因而，它們不是一個要素。新一代的加速器磁體需要數(shù)值高達3000 A/mm2。
擴散障礙物內(nèi)部的面積，僅包括三種組分Nb、Cu和Sn。提高Jc僅可能通過提高Nb的體積分數(shù)來獲得。這需要適當?shù)販p小銅的含量，從而提高Sn與Cu的比值。銅僅作為Sn的載體；它自身沒有直接參與提高Jc。但是，它是一個重要的函數(shù)；它可使對所述青銅法和內(nèi)部Sn方法的Nb3Sn導(dǎo)體進行成功的共處理。在過去的二十年中，為了優(yōu)化所述Nb∶Cu∶Sn比率，作了極大的努力，但是都已經(jīng)達到了極限，這是因為隨著所述Sn分數(shù)的提高，附隨物的可制造性降低。在本發(fā)明中，則不存在這類約束。所述基質(zhì)合金可在純Sn與純Cu之間變化。由于所述導(dǎo)體開始是與純銅基質(zhì)一起制成的，所以，不存在可制造性問題。
盡管已經(jīng)對約束外殼貼敷的優(yōu)選方法進行了說明，但是，應(yīng)該能夠認識到，作為一種替代方案，所述外殼可以采用機械方法，單獨貼敷于最終的銅鈮多絲電線?？梢圆捎萌鐖D5-圖9所示的幾種另外的技術(shù)。
在圖5中，約束層對所述Cu-Nb復(fù)合體進行螺旋形包裹，并且螺旋之間具有足夠的間隔，以使溶出酸進入。
在圖6中，將約束層編織為編織物，以開放式編織形式對所述Cu-Nb復(fù)合體進行包裹。
在圖7和圖9中，Cu-Nb復(fù)合體裝載在一種載物元件的凹槽中，它能夠抵抗溶出，但是足以約束所述不含Cu的Nb細絲。
在圖8中，Cu-Nb電纜經(jīng)加捻和壓平之后，部分地被約束層所包裹。
在所有這些情形中，對于所述約束層的基本要求是考慮到有足夠的孔隙度，以滿足酸除銅的需要，能夠抵抗硝酸的腐蝕，在Cu除去之后能夠約束并支撐松散的Nb細絲，以及隨后采用Sn的滲透。所述約束金屬必須是一種不會與Sn反應(yīng)的金屬，如果采用Nb的話，則它應(yīng)該是足夠厚的，這樣，它就不會全部轉(zhuǎn)化為Nb3Sn。
過渡金屬碳化物和氮化物如NbN和NbC可能會出現(xiàn)B1(NACL)晶體結(jié)構(gòu)。氮化鈮業(yè)已經(jīng)表明具有接近19°K的轉(zhuǎn)變溫度。這些重要的化合物公開在“Treatise on Material Science andTechnology”，Vol.14，Metallurgy of SupercondutingMaterials，1979 edited by Thomas Luhman and David Dew-Hughes，Pages 429-432中。
本發(fā)明可用于形成NbN。具體地說，是采用相同的步驟，用Nb細絲包裹銅基質(zhì)的多孔外殼，所述銅基質(zhì)可從所述Nb細絲中除去。對于所述Sn滲透步驟，是采用引入含氮氣氛來替代，所述鈮細絲在高溫下在含氮氣氛中轉(zhuǎn)化為氮化鈮(NbN)。
以應(yīng)用的觀點來說，氣相反應(yīng)，相對于在1000℃溫度范圍內(nèi)的液態(tài)Sn處理方法而言，是一種更為簡易和清潔的方法。所述NbN細絲可用來進行反應(yīng)或者可能需要一種金屬滲透以提高其穩(wěn)定性，如L.T.Summers，J.R.Miller，“The Influence ofLiquid Metal Infiltration on SuperconductingCharacteristics of Niobium Nitride”，Advanced inCyrogenic Eng.，Vol.34 pp.835-842，1987中所述。
在擠出品的制備中，所述坯料在816℃下加熱3小時。所述坯料然后擠出至直徑為2.54cm。所述擠出桿進行修剪使之均勻，修剪后的桿以每道模具口為20％面積縮小率進行冷拔，達到最終直徑為3.48mm的六角形。也就是說，最終的電線形狀是六角形的，六角形相對的棱與棱之間的距離為3.48mm。在這種尺寸時，所述鈮細絲直徑為0.61mm。
所述電線經(jīng)拉直后切割為61cm的長度。按照與含有Nb細絲的電線相同的方法，將純銅桿抽出到3.48mm直徑的六角形電線，經(jīng)拉直后切割為61cm長度。按照與前述主坯料相同的方法，對這兩種細絲在硝酸中進行清潔。將1045根所述含Nb細絲4以對稱方式進行堆疊。
一塊厚為0.64mm，寬為45.7cm，長為610cm的Nb薄片7，用丙酮擦拭干凈后，環(huán)繞地插入到一個干凈的銅罐8中，其內(nèi)徑為14.5cm，外徑為16.5cm，長度為63.5cm。所述薄片7覆蓋超過0.3cm，以確保獲得連續(xù)層。所述薄片的長度方向沿所述罐的長伸展。堆疊的細絲插入到所述鈮內(nèi)襯的罐中(如圖2所示)，所述銅前端和尾部，在10-4托真空下，經(jīng)電子束焊接到適當位置。所述坯料接著在104Mpa的壓力和650℃溫度下進行熱均衡扎制4小時。經(jīng)均衡扎制后的坯料加工為直徑15.3cm，所述坯料通過在816℃下加熱3小時，以用于擠出。所述坯料接著擠出至直徑為2.54cm。
所述擠出桿進行修剪以保證均勻性。它接著以每道模具口為20％面積縮小率進行抽出，至直徑為1.02mm并加捻。在此電線直徑時，所述Nb細絲的直徑為4.06微米，而所述鈮外殼的厚度為42.6微米。在所述Nb外殼中的Nb細絲的總體積分數(shù)為34.9％。
此后，所述Nb外殼7采用例如如前所述方法進行打孔，得到的產(chǎn)品在HNO3/H2O中于100℃進行溶出60分鐘，以除去隔離所述的Nb細絲的銅。不含銅的Nb細絲聚集體接著優(yōu)選浸漬于1000℃的錫浴中，使得Sn浴具有最大的流動性和表面張力。采用氬惰性氣氛以避免氧化。在所述Sn浴中的浸漬停留時間應(yīng)該盡可能地短(低于10秒)，以使在此階段Nb3Sn的形成最小化并使進一步加工(即成纜)的易延展性最大化。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種更為簡便且顯著廉價的方法，它可以實現(xiàn)所述的目的。所述外殼是按照實施例I進行構(gòu)造的，不同之處在于，現(xiàn)在是留有一個狹窄的開孔，它與所述細絲平行，并沿著所述細絲長度方向伸展，如圖10所示。
所述開孔的尺寸可以調(diào)節(jié)至采用酸溶出方法快速地除去基質(zhì)中的銅，但同時仍保持外殼約束和支撐所述細絲的能力。在最終的扎制、加捻和除銅之后，可以大量地制得一種與圖5的帶包裹樣品完全相同的產(chǎn)品。對于所述外殼的設(shè)計，可以有多種改動。例如，可以采用多于一個開孔。
加捻操作可使外部細絲較內(nèi)部股束更為伸展，當銅基質(zhì)除去時，外部細絲處于緊張狀態(tài)，可用來扎制和約束內(nèi)部的細絲束。已經(jīng)觀察到，未加捻的或輕微加捻的外部細絲在外殼開孔處易于剝落。
這種導(dǎo)體在HNO3/H2O為50/50的酸溶液中于100℃進行溶出，以徹底除去銅基質(zhì)。然后用下述的Cu-Sn合金進行滲透實驗
除了13％Sn合金之外，其它所有合金都可獲得1000℃成功的滲透。這種13％Sn合金具有液相溫度1000℃，可能需要至少1200℃的溫度，它已經(jīng)超過了我們小型實驗室爐的許可溫度。
33％Sn合金樣品隨后在675℃下加熱處理24小時和48小時。對48小時樣品的橫截面進行金相學(xué)檢驗，表明在所述細絲和所述包裹外殼中存在一個主要的Nb3Sn反應(yīng)層，平均厚度為4-6微米。
如圖4所示，可以采用中心銅芯。根據(jù)通常的要求，需要高達40％銅，以保證穩(wěn)定的導(dǎo)體性能。為了防止銅芯的Sn污染，在圖4中采用了一種Ta防護障礙物。也應(yīng)該認識到，這種結(jié)構(gòu)自身對支撐貢獻很大，它與本發(fā)明所述外殼結(jié)合在一起，以保護內(nèi)部易碎的Nb3Sn細絲。可以看出，高強度含銅Nb復(fù)合體，已經(jīng)成功地與Nb3Sn導(dǎo)體聯(lián)合使用，它可用來替代純銅(參見Advances in Cryogenic Eng.，Vol.42，Plenum Press，NY 1996，pages 1423-1432)。
權(quán)利要求
1一種用來制造Nb3Sn超導(dǎo)體的方法，包括以下步驟在一種易延展金屬的坯料中建立多種鈮組分，經(jīng)過一系列的扎制步驟加工所述復(fù)合體坯料以將所述鈮組分成型為延長的元件，每個所述元件具有數(shù)量級為1-25微米的厚度，用一種耐酸金屬的多孔約束層包裹所述坯料，將所述受約束坯料浸沒在酸中以便從所述鈮元件中除去所述易延展金屬，同時所述鈮元件仍由所述多孔層所約束，將受約束的鈮元件聚集體浸沒在一種含錫的液態(tài)金屬中，用所述液態(tài)金屬涂敷所述鈮元件，隨后使所述錫與所述Nb細絲反應(yīng)以形成Nb3Sn。
2權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)是在所述細絲形成為磁性箔之后進行的。
3權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液態(tài)金屬浴為純錫。
4權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液態(tài)金屬浴為含有高達95wt％Sn的銅合金。
5權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液態(tài)金屬浴為含有高達95wt％Sn和至少13wt％Sn的銅合金。
6一種用來制造選自Nb3Sn、Nb3Al、NbN和NbC的鈮基超導(dǎo)體的方法，包括以下步驟在一種易延展金屬的坯料中建立多種鈮組分，經(jīng)過一系列的扎制步驟加工所述復(fù)合體坯料以將所述鈮組分成型為延長的元件，每個所述元件具有數(shù)量級為1-25微米的厚度，用一種耐酸金屬的多孔約束層包裹所述坯料，將所述受約束的坯料浸沒在酸中以便從所述鈮元件中除去所述易延展金屬，同時所述鈮元件仍由所述多孔層所約束，將所述受約束的鈮元件聚集體暴露在一種可與Nb進行反應(yīng)的材料中以形成一種超導(dǎo)體。
7權(quán)利要求6所述的方法，其中所述材料為氮氣。
8一種用來制造一種A-15或B1型化合物超導(dǎo)體的方法，包括以下步驟在一種易延展金屬的坯料中建立多種鈮組分，經(jīng)過一系列的扎制步驟加工所述復(fù)合體坯料以使所述主金屬組分成型為延長的元件，每個所述元件具有數(shù)量級為1-25微米的厚度，用一種耐酸金屬的多孔約束層包裹所述坯料，將所述受約束的坯料浸沒在酸中以便從所述主金屬元件中除去所述易延展金屬，同時所述主金屬元件仍由所述多孔層所約束，使所述受約束的主金屬元件聚集體與一種反應(yīng)劑接觸并使所述主金屬元件與所述反應(yīng)劑反應(yīng)以形成A-15或B1超導(dǎo)化合物。
9權(quán)利要求1所述的方法，其中所述坯料是在最后的扎制步驟之前采用所述多孔層進行包裹的。
10權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多孔層是通過加捻扎制的坯料形成的，這樣，當所述易延展金屬從所述坯料中被除去時，所述坯料中的外部元件可用來約束內(nèi)部元件。
11權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多孔層是通過使至少一個外部元件沿著所述扎制的坯料的外表面伸展并加捻扎制的坯料所形成的，這樣，當所述易延展金屬從所述坯料中被除去時，所述坯料中的外部元件可用來約束內(nèi)部元件。
全文摘要
一種鈮基超導(dǎo)體,是采用下述方法制造的:在一種易延展金屬的坯料之中建立多種鈮組分,經(jīng)過一系列的扎制步驟加工所述復(fù)合體坯料以使所述鈮組分為成型延長的元件,每個所述元件具有數(shù)量級為1－25微米的厚度,在最后的扎制步驟之前用一種耐酸金屬的多孔約束層包裹所述坯料,將所述受約束的坯料浸沒在酸中以便從所述鈮元件中除去所述易延展金屬,同時所述鈮元件仍由所述多孔層所約束,將所述受約束的鈮元件聚集體暴露在一種可與Nb反應(yīng)的材料中,從而形成一種超導(dǎo)體。
文檔編號H01B13/00GK1358237SQ00806511
公開日2002年7月10日 申請日期2000年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者詹姆斯·王 申請人:復(fù)合材料技術(shù)有限公司