專利名稱：復合強化型鉍系高溫超導帶材及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉍系高溫超導帶材及制備方法，特別涉及的是一種由三層材料組 成的復合強化型鉍系高溫超導帶材及制備方法。
背景技術：
鉍系高溫超導帶材是目前唯一商業(yè)化生產(chǎn)并大規(guī)模應用的高溫超導材料，目前生 產(chǎn)中制備鉍系高溫超導帶材普遍采取粉末裝管法(PIT)。該方法在實際操作中一般采用銀 或銀合金作為超導導線的基體，將超導粉裝在銀或銀合金套管里進行拉拔、軋制并熱處理 從而得到可以使用的超導帶材。對于一種超導材料來說，能否在工業(yè)上大規(guī)模應用主要取決于是否可以承載較 高的電流密度；是否具有很高的拉伸強度；是否可以彎曲到較小的半徑而同時保持較大的 電流。而Bi2223/Ag超導帶材采用銀或者銀合金作為包套材料，因而其機械強度較弱，在一 定程度上影響了超導帶材的工業(yè)應用。特別是在設計超導磁體的時候，一個必要的條件便 是要承受足夠的機械強度。由于超導磁體在正常運行的時候電流密度要遠大于普通導體的 電流密度，因此它將承受比常規(guī)磁體大得多的電磁力的作用。同時在電纜等的應用中也要 求超導帶材有較好的機械性能。所以研究采用機械性能高的超導帶材或者研究加強高溫超 導帶材具有非同一般意義。美國超導公司(American Superconductor Corporation)曾提出加強高溫超導帶 材的方法(專利號US5987342)。該方法是在商用鉍系超導帶材兩側(cè)表面焊上不銹鋼的方 法，利用不銹鋼的機械性能提高超導帶材的機械性能，從而制成高強度帶材。對于不銹鋼的 固定，一般采取焊錫，這種方法可以很明顯的提高超導帶材的機械性能。但是這種方法也 有一定的缺陷，一是在焊接過程中會造成帶材的變形，導致超導性能降低，二是錫的熔點很 低，只有231. 86°C，這就注定了對于加工好的加強帶材無法通過后續(xù)熱處理來修復由于變 形量過大而造成的超導性能的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復合強化型鉍系高溫超導帶材及制備方法，本發(fā)明所述 復合強化型鉍系高溫超導帶材，可以顯著的提高帶材的力學性能，尤其是抗彎曲和拉伸的 力學性能有所提高，便于后續(xù)的熱處理。本發(fā)明所述復合強化型鉍系高溫超導帶材制作方 法簡單，易于大工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明的技術方案是復合強化型鉍系高溫超導帶材為軋制成型的復合層帶材，該帶材斷面的中心為金 屬材料層，帶材斷面的外層為銀或銀合金材料層，所述銀或銀合金材料層與金屬材料層之 間為鉍系高溫超導材料層。所述鉍系高溫超導材料層的鉍系高溫超導材料為鉍鍶鈣銅氧系超導材料。所述金屬材料層的金屬材料為鎳、銅、不銹鋼、鉬中的任意一種。
鉍系高溫超導帶材的制備方法，有以下步驟1)用標準粉末套管法(PIT)制備單芯超導材料(線材)；2)將直徑為2 IOmm的金屬材料(線材)放入直徑8 20mm的銀或銀合金管 中，二者之間有間隙；3)將步驟1)制備的超導線材放入金屬材料與銀或銀合金管之間的間隙中，得到
復合管；4)將步驟3)得到復合管，在室溫下經(jīng)過多道次的拉拔，軋制成厚度為0.2 0. 5mm的帶材；5)在溫度為700 840°C，氧分壓為0. 01 0. 21atm，保溫時間為50 150小時 的條件下熱處理1至3次，即制備出高強度的鉍系高溫超導帶材。所述超導線材的數(shù)量為40 216根。本發(fā)明所述的鉍系高溫超導帶材的制備方法，在選擇中心的金屬材料時需要其滿 足以下要求1.要求中心的金屬材料強度高塑性好，以提高復合鉍系高溫超導帶材的綜合力學 性能，因此要求用以中心的金屬材料的強度高于銀或者銀合金。2.制作工藝中要求先將復合管冷軋復合成帶材，而后進行熱處理，由于熱處理溫 度很高，這就要求中心的金屬材料具有相當高的熔點并且有較好的耐蝕性。3.在生產(chǎn)過程中必須要考慮復合強化型復合鉍系高溫超導帶材的成本問題，需要 采用價格相對低廉的金屬材料作中心的金屬材料。綜上所述，可以用于作為復合強化型鉍系高溫超導帶材的中心的金屬材料有鎳、 銅、不銹鋼、鉬；由于鉬的價格相當昂貴，可以用于實驗室實驗，實際生產(chǎn)中可以采用鎳、不 銹鋼以及銅的任意一種。本發(fā)明適用于鉍系高溫超導帶材的制備。本發(fā)明所采用的鉍鍶鈣銅氧系超導粉為Merck公司生產(chǎn)的前驅(qū)粉，鎳的含量 彡99%、銅的含量彡99%、鉬的含量彡99%，不銹鋼的牌號為304。采用本發(fā)明制備的高溫超導帶材為復合強化型超導材料，其力學性能，尤其是抗 彎曲和拉伸的力學性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法制備的鉍系高溫超導帶材，易于在工業(yè)生產(chǎn)中大 規(guī)模應用。與背景技術相比較，由于不需要在鉍系超導帶材的兩側(cè)表面焊上不銹鋼，因此還 有便于后續(xù)的熱處理的優(yōu)點。


下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實例進行詳細的描述，其中圖1為復合強化型帶材的工藝流程圖。圖2為復合強化型鉍系高溫超導帶材的橫截面示意圖。圖3為復合強化型鉍系高溫超導帶材的剖視圖。圖2、3中，1表示銀或銀合金外層，2表示鎳或其它金屬材料，3表示超導材料。
具體實施例方式本發(fā)明所述加強型鉍系高溫超導帶材的制備如下
1)用標準粉末套管法(PIT)制備出單芯超導線材；2)將直徑為2 IOmm的金屬線材放入直徑為8 20mm的銀或銀合金管中，二者 圓心大致一致且之間留有間隙；3)將步驟1)制備的超導線材放入金屬材料的線材和銀或銀合金管之間的間隙 中，得到復合管；4)將步驟3)得到復合管，室溫下經(jīng)過多道次的拉拔后，軋制成厚度為0. 2 0. 5mm的帶材；5)在溫度為700 840°C，氧分壓為0. 01 0. 21atm,保溫時間為50 150小時 的條件下熱處理1至3次，可制備出高強度的鉍系高溫超導帶材。所述的金屬材料為鎳或銅或不銹鋼或鉬的金屬線材。實施例1加鎳強化帶材按照上述步驟，將直徑為2mm的金屬Ni (鎳含量彡99% )線材放入IOmm的銀或銀 合金管中，二者圓心大概一致且之間留有間隙，得到復合管1，用標準PIT法制備出單芯超 導線材，將單芯超導線材截成短線材，并將40 50根超導短線材均勻分布在復合管1的金 屬鎳與銀或銀合金管的間隙中，得到復合管2，室溫下將復合管2經(jīng)過多道次的拉拔后，軋 制成厚度為0. 2 0. 5mm的帶材，在溫度為700 840°C、氧分壓為0. 01 0. 21atm、保溫 時間為50 150小時的條件下熱處理1至3次，即制備出高強度的鉍系高溫超導帶材，見 圖2和圖3。實施例2加Cu強化帶材按照上述步驟，將直徑為IOmm的金屬Cu (銅含量彡99%)線材放入直徑為20mm的 銀或銀合金管中，二者圓心大概一致且之間留有間隙，得到復合管1，用標準PIT法制備出 一些單芯超導線材，將單芯超導線材截成短線材，并將200 216根超導短線材均勻分布在 復合管1中的金屬銅與銀或銀合金管的間隙中，得到復合管2，室溫下將復合管2經(jīng)過多道 次的拉拔后，軋制成厚度為0. 2 0. 5mm的帶材，在溫度為700 840°C、氧分壓為0. 01 0. 21atm、保溫時間為50 150小時的條件下熱處理1至3次，即制備出高強度的鉍系高溫 超導帶材，見圖2和圖3。實施例3加不銹鋼強化帶材按照上述步驟，將直徑為2mm的304不銹鋼線材放入直徑為IOmm的銀或銀合金管 中，二者圓心大概一致且之間留有間隙，得到復合管1，用標準PIT法制備出一些單芯超導 線材，將單芯超導線材截成短線材，并將40 45根超導短線材均勻分布在復合管1的不銹 鋼與銀或銀合金管的間隙中，得到復合管2，室溫下將復合管2經(jīng)過多道次的拉拔后，軋制 成厚度為0. 2 0. 5mm的帶材，在溫度為700 840°C、氧分壓為0. 01 0. 21atm、保溫時 間為50 150小時的條件下熱處理1至3次，即制備出高強度的鉍系高溫超導帶材，見圖 2和圖3。實施例4加Pt強化帶材
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按照上述步驟，將直徑為2mm的金屬Pt (鉬含量彡99% )線材放入IOmm的銀或 銀合金管中，二者圓心大概一致且之間留有間隙，得到復合管1，用標準PIT法制備出一些 單芯超導線材，將單芯超導線材截成短線材，并將40 45根超導短線材均勻分布在復合管 1的鉬金屬與銀或銀合金管的間隙中，得到復合管2，室溫下將復合管2經(jīng)過多道次的拉拔 后，軋制成厚度為0. 2 0. 5mm的帶材，在溫度為700 840°C、氧分壓為0. 01 0. 21atm、 保溫時間為50 150小時的條件下熱處理1至3次，即制備出高強度的鉍系高溫超導帶材， 見圖2和圖3。
權(quán)利要求
一種復合強化型鉍系高溫超導帶材，其特征在于帶材為軋制成型的復合層帶材，該帶材斷面的中心為金屬材料層，帶材斷面的外層為銀或銀合金材料層，所述銀或銀合金材料層與金屬材料層之間為鉍系高溫超導材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶材，其特征在于所述鉍系高溫超導材料層的鉍系高溫超導 材料為鉍鍶鈣銅氧系超導材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶材，其特征在于所述金屬材料層的金屬材料為鎳、銅、不銹 鋼、鉬中的任意一種。
4.權(quán)利要求1所述的鉍系高溫超導帶材的制備方法，其特征在于有以下步驟1)用標準粉末套管法(PIT)制備單芯超導線材；2)將直徑為2 IOmm的金屬線材放入直徑8 20mm的銀或銀合金管中，二者之間有 間隙；3)將步驟1)制備的超導線材放入金屬材料與銀或銀合金管之間的間隙中，得到復合管；4)將步驟3)得到復合管，在室溫下經(jīng)過多道次的拉拔，軋制成厚度為0.2 0. 5mm的 帶材；5)在溫度為700 840°C，氧分壓為0.01 0. 21atm，保溫時間為50 150小時的條 件下熱處理1至3次，即制備出高強度的鉍系高溫超導帶材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于步驟3)所述的超導線材，其數(shù)量為40 216 根。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復合強化型鉍系高溫超導帶材及制備方法，帶材為軋制成型的復合層帶材，該帶材斷面的中心為金屬材料層，帶材斷面的外層為銀或銀合金材料層，所述銀或銀合金材料層與金屬材料層之間為鉍系高溫超導材料層。本發(fā)明所述復合強化型鉍系高溫超導帶材，可以顯著的提高帶材的力學性能，尤其是抗彎曲和拉伸的力學性能有所提高，便于后續(xù)的熱處理。本發(fā)明所述復合強化型鉍系高溫超導帶材制作方法簡單，易于大工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號H01B12/02GK101976599SQ20101055194
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者余曉偉, 劉慶, 張婧鵬, 陳興品 申請人:重慶大學