具有PIT元件的用于含Nb3Sn超導(dǎo)線材的半成品線材和半成品線材的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于含有Nb3Sn的超導(dǎo)線材的半成品線材(1)，包括：銅穩(wěn)定套管(2)；穩(wěn)定套管(2)內(nèi)部的環(huán)形閉合的擴(kuò)散阻擋層(3)；擴(kuò)散阻擋層(3)內(nèi)部的多個PIT元件(6)，這些PIT元件分別包括：含銅包套(8)、小管(9)和含錫的粉末芯部(10)；其特征在于，小管(9)由鈮或含鈮的合金構(gòu)成，使得擴(kuò)散阻擋層(3)在半成品線材(1)橫截面中具有面積比例ADF且3％≤ADF≤9％，并且還具有壁厚WDF且8μm≤WDF≤25μm，此外還將多個填充元件(5)布置在擴(kuò)散阻擋層(3)內(nèi)部，所述填充元件在內(nèi)側(cè)貼靠在PIT元件(6)上.本發(fā)明提供一種用于含Nb3Sn超導(dǎo)線材的半成品線材以及生產(chǎn)這種半成品線材的方法，可用來實(shí)現(xiàn)特別高的載流能力，同時可以保證銅穩(wěn)定體的高導(dǎo)電性。
【專利說明】
具有PIT元件的用于含Nb3Sn超導(dǎo)線材的半成品線材和半成品 線材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于含Nb3Sn的超導(dǎo)線材的半成品線材，包括：
[0002] -銅穩(wěn)定套管，
[0003] -銅穩(wěn)定套管內(nèi)部的環(huán)形閉合的擴(kuò)散阻擋層，
[0004] -擴(kuò)散阻擋層內(nèi)部的多個PIT元件，各自包括 [0005] 含銅的包套，
[0006] 小管，以及
[0007] 含錫的粉末芯部。
[0008] 本發(fā)明還涉及一種用于制造這種半成品線材的方法。
【背景技術(shù)】
[0009] 這樣的半成品線材及其制造方法在EP 1 983 583 Bl中公開。
[0010] Nb3Sn超導(dǎo)線材用于實(shí)際上沒有損耗地傳導(dǎo)大電流，尤其是在用于產(chǎn)生強(qiáng)磁場的 超導(dǎo)電磁線圈中使用。Nb3Sn與其它金屬超導(dǎo)材料(如NbTi)相比能夠?qū)崿F(xiàn)較高的電流密度， 并且可以在較高的磁場中使用，但卻是一種比較脆的材料，這種材料無法(或者只能以極小 的程度)塑性變形;Nb3Sn尤其是不能承受拉拔。
[0011] 因此通常這樣來制造 Nb3Sn超導(dǎo)線材，即首先制造能較好地塑性變形的并含有形 成Nb3Sn所需化學(xué)元素的半成品線材，并且使其具有對于希望的應(yīng)用期望的形狀，例如將其 卷繞成為螺旋線圈。然后進(jìn)行反應(yīng)退火，在此期間形成脆性的超導(dǎo)A15相。
[0012] 在實(shí)踐中多數(shù)通過"青銅法"制造 Nb3Sn超導(dǎo)線材，其中，在半成品線材中將銀棒設(shè) 置在由CuSn合金（"青銅"）構(gòu)成的基體中；這種半成品線材能良好地變形和拉拔。在"內(nèi)錫" (Internal Tin)法中，在半成品線材中，通常在銅基體中設(shè)置鈮棒和錫塊，；這里可以提供 大量的錫，并且可在成品線材中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)大的Nb3Sn面積比例，但是與銅相比很軟的錫尤其 是在拉拔時使得半成品線材的處理變得困難。在"粉末套管"法(Powder in Tube，PIT)中， 通常將含錫粉末設(shè)置在鈮小管中；這里也可以提供大量的錫并且可實(shí)現(xiàn)高載流能力。
[0013]由EP 1 983 583 Bl已知，這樣來制造用于Nb3Sn超導(dǎo)線材的半成品線材，即，將在 外套中設(shè)置一束六邊形的PIT元件。外套包括由Cu制成的外套管、由Ta制成的中間套管和由 Cu制成的內(nèi)套管;通過靜液壓擠壓制造外套，在擠壓之后鉆孔成芯。PIT元件分別包括銅包 套和粉末冶金的芯部。通過拉拔和中間退火使包含PIT元件的外套變形，最后進(jìn)行反應(yīng)退 火。中間套管具有比例為10~25%全部多絲線并用于機(jī)械強(qiáng)化，從而提高了屈服點(diǎn)。因此成 品Nb3Sn超導(dǎo)線材能夠更好承受電磁系統(tǒng)中出現(xiàn)的洛倫茲力，并且由此能夠?qū)崿F(xiàn)更高的載 流能力。
[0014] EP 1 983 582 A2記載了一種類似的半成品芯材，其中六邊形的PIT元件由分別具 有銅包套鉭芯部的六角形的強(qiáng)化絲線包圍。PIT元件和強(qiáng)化絲線設(shè)置在銅外套中。強(qiáng)化絲線 也用于機(jī)械強(qiáng)化。
[0015] 超導(dǎo)線材除了超導(dǎo)絲線之外還包含一種良好導(dǎo)電的、通常由高純度銅制成的常導(dǎo) 相。能良好導(dǎo)電的常導(dǎo)相提供了與超導(dǎo)絲線并聯(lián)的電流路徑，可在超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)槌?dǎo)狀態(tài) 的情況下承擔(dān)之前在超導(dǎo)絲線中流動的電流。由此防止超導(dǎo)線材被破壞。
[0016] 由DE 10 2012 218 222 Al已知一種基于"內(nèi)錫"法的用于Nb3Sn超導(dǎo)線材的半成 品線材。將多個含鈮的六邊形元件、含錫的中央結(jié)構(gòu)和銅基體設(shè)置在銅套管中，所述銅套管 具有內(nèi)側(cè)的由鉭和/或鈮組成的擴(kuò)散阻擋層。擴(kuò)散阻擋層可防止錫擴(kuò)散到銅套管中并由此 引起銅穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的電特性變差。由EP 2 713 413 A2也已知一種類似的Nb3Sn超導(dǎo)線材。
[0017] 由DE 10 2004 035 852 B4已知一種基于"粉末套管法"用于具有Nb3Sn的超導(dǎo)導(dǎo) 體元件的絲線前驅(qū)結(jié)構(gòu)，其中將多個絲線布置在銅基體之中。每個絲線均具有一個用錫或 者錫合金粉末填充的含鈮的管。每個管都用鉭包套包圍，以防止錫擴(kuò)散到銅基體之中。由EP 1 705 721 Bl也已知基于"粉未套管法"具有鉭阻擋層的單芯導(dǎo)體。
[0018] US 4,411，712建議，用銅錫合金包套鈮棒，并且將其成束設(shè)置在由高純度的銅制 成的管中。所述管可以具有由防止錫擴(kuò)散的材料(例如鉭)組成的層，以保持高純度銅的高 導(dǎo)電性。
[0019] WO 2006/011170 Al還已知一種用于MgB2超導(dǎo)線材的圍繞導(dǎo)電芯部的環(huán)形擴(kuò)散阻 擋層，所述芯部由MgB2絲線包圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于含Nb3Sn的超導(dǎo)線材的半成品線材以及一種用 于制造這種半成品線材的方法，可用來實(shí)現(xiàn)特別高的載流能力，同時可以保證銅穩(wěn)定體的 高導(dǎo)電性。
[0021] 所述目的通過開頭所述類型的半成品線材來實(shí)現(xiàn)，所述半成品線材的特征在于， 小管由鈮或含鈮的合金構(gòu)成，擴(kuò)散阻擋層在半成品線材橫截面中具有面積比例ADF，其中 3 % < ADF ^ 9 %，擴(kuò)散阻擋層還具有壁厚WDF，其中8μπι < WDF < 25μπι，此外還在擴(kuò)散阻擋層內(nèi) 部設(shè)置多個填充元件，所述填充元件在內(nèi)側(cè)貼靠在PIT元件上。
[0022] 所述目的還可以通過用于制造根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的方法來實(shí)現(xiàn)，所述方法 包括以下步驟：
[0023] a)通過擠壓、尤其是通過靜液壓擠壓制作外套，所述外套包括銅穩(wěn)定套管前驅(qū) 體、銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體內(nèi)部的擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體以及擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體內(nèi)部的內(nèi)部元件前 驅(qū)體，用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料選擇成，使得直接在即將通過擠壓發(fā)生塑性變形之前用 于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料的平均粒度MKI最多為用于擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體的材料的平均粒度 MKD的3倍。
[0024] b)在外套的長度上將內(nèi)部元件前驅(qū)體的至少一部分從外套中去除，
[0025] c)將多個PIT元件前驅(qū)體與多個填充元件前驅(qū)體一起設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體 的內(nèi)部，所述填充元件前驅(qū)體貼靠在剩余的外套的內(nèi)側(cè)上和PIT元件前驅(qū)體上，
[0026] d)對這樣獲得的半成品線材前驅(qū)體進(jìn)行減小橫截面的成形，由此獲得半成品線 材。
[0027] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)設(shè)定，在"粉末套管法"半成品線材中，針對錫設(shè)置擴(kuò)散阻擋層， 在擴(kuò)散阻擋層內(nèi)部設(shè)置多個(通常是50個或更多，多數(shù)情況下是100個或更多)PIT元件。擴(kuò) 散阻擋層可在反應(yīng)退火過程中阻止錫從半成品線材的內(nèi)部、尤其是從PIT元件擴(kuò)散到銅穩(wěn) 定套管之中。由此可避免對（由高純度銅構(gòu)成的）銅穩(wěn)定套管的污染，從而能夠在銅穩(wěn)定套 管中可靠地實(shí)現(xiàn)高的剩余電阻比RRR。
[0028] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，將用于保護(hù)銅穩(wěn)定套管的擴(kuò)散阻擋層的面積比例減小到最低 程度，從而能夠?qū)⒏蟮拿娣e比例提供給完成的超導(dǎo)體，并且因此而提高了載流能力。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，將環(huán)形閉合的擴(kuò)散阻擋層用于多個PIT元件，這一方面簡化了半成品 線材的制造，另一方面還能保持銅穩(wěn)定體保護(hù)的面積需求較小。
[0030] 此外，半成品線材中環(huán)繞的擴(kuò)散阻擋層的面積比例總體上選擇得小于目前為止例 如"粉末套管"法的半成品線材中的鉭中間管的情況。在"粉末套管"法的范圍內(nèi)，使用面積 比例為10~25%的鉭中間管用于機(jī)械穩(wěn)定，參見EP 1 983 583 B1。在本發(fā)明的范圍內(nèi)認(rèn)識 到，由在反應(yīng)退火過程中錫不能通過擴(kuò)散滲透的材料、如鉭或鈮構(gòu)成的中間管（"擴(kuò)散阻擋 層"）在半成品線材中占據(jù)9%或更少、優(yōu)選8%或更少并且尤其優(yōu)選7%或更少的面積比例， 對于在"粉末套管"法中起作為擴(kuò)散阻擋層的功能就足夠了。
[0031] 在本發(fā)明的范圍，相應(yīng)地在（已經(jīng)拉拔的）半成品線材中使用壁厚為25μπι或更少、 優(yōu)選為22μηι或更少、尤其優(yōu)選20μηι或更少的擴(kuò)散阻擋層。
[0032]為了能夠?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)散阻擋層的這種小壁厚并且同時能夠保證擴(kuò)散阻擋層在其周邊 任意位置都不存在不密封性(開口），根據(jù)本發(fā)明使PIT元件貼靠在填充元件上，填充元件又 貼靠在半成品線材（已成形的）外套的內(nèi)側(cè)上;PIT元件通常不是直接貼靠在（已成形的）外 套的內(nèi)側(cè)上。
[0033] 由此，在對尚未變形的半成品線材（"前驅(qū)半成品線材"）進(jìn)行減小橫截面的成形之 前，可以利用填充元件前驅(qū)體和PIT元件前驅(qū)體實(shí)際上沒有空腔地填充外套的內(nèi)部。因此降 低了在減小橫截面的成形之后擴(kuò)散阻擋層的波紋度;尤其因?yàn)樘顫M了外套內(nèi)側(cè)附近的空腔 而不會出現(xiàn)波紋度。波紋度越小，則擴(kuò)散阻擋層中出現(xiàn)不密封性(開口）的風(fēng)險越小。
[0034] 應(yīng)注意，這里在減小橫截面的成形之后的半成品線材結(jié)構(gòu)與減小橫截面的成形之 前的半成品線材結(jié)構(gòu)相對應(yīng)地用附加的"前驅(qū)體"標(biāo)識。
[0035] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的范圍內(nèi)，通過采用粒度相互諧調(diào)的、用于擴(kuò)散阻擋層前驅(qū) 體和內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減小擴(kuò)散阻擋層的波紋度。根據(jù)本發(fā)明設(shè)定，用 于內(nèi)部元件前驅(qū)體的(金屬)材料的平均粒度MKI和用于擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體的(金屬)材料的 平均粒度MKD滿足MKI < 3 · MKD，更為優(yōu)選滿足MKI < 1 · MKD。這些數(shù)據(jù)均涉及直接在擠壓之 前的情況，就是說在將材料加熱到擠壓溫度之后，但是在通過擠壓機(jī)的模具之前。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料與用于擴(kuò)散阻擋層的材料相比粒度不能 過于粗大。由此，防止沿擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體的周邊出現(xiàn)波紋度，或者甚至防止在擴(kuò)散阻擋層 前驅(qū)體中，尤其是在朝向前驅(qū)內(nèi)部元件的擴(kuò)散阻擋層的側(cè)面上沿軸向形成溝槽，這種溝槽 在進(jìn)一步減小橫截面的成形中會導(dǎo)致更大的波紋度并最終導(dǎo)致在擴(kuò)散阻擋層中形成空隙。 MKI通常最大為50μηι，優(yōu)選為15~dOynuMKD通常最大為90μηι，優(yōu)選對于鉭為35~60μηι，對于 鈮為25~45μπι。
[0037] 應(yīng)注意的是，在擠壓之前加熱用于外套的材料時（通常加熱到至少450°C，多數(shù)約 500°C)可能會出現(xiàn)明顯的顆粒生長。出于這個原因，尤其鑄件金相組織具有很大粒度并且 在該溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出進(jìn)一步的顆粒生長的純銅通常不適合作為內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料。 主要是銅合金、尤其是CuSn作為用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料已在實(shí)踐中得到驗(yàn)證。
[0038] 存在內(nèi)部元件前驅(qū)體對于擠壓成形是特別有利的，因?yàn)橛捎谀Σ翖l件鈮或鉭的擴(kuò) 散阻擋層前驅(qū)體與擠壓模具之間的接觸是有問題的。在擠壓之后，去除內(nèi)部元件前驅(qū)體的 至少一部分橫截面積，以保持盡可能大的橫截面比例可供Nb3Sn使用。
[0039] 通過根據(jù)本發(fā)明所述的措施可以保證，盡管擴(kuò)散阻擋層在橫截面中的面積比例很 小或者盡管其壁厚很小，擴(kuò)散阻擋層在半成品線材的制造期間也不會出現(xiàn)不密封性，這種 不密封性在隨后的反應(yīng)退火過程中可能會導(dǎo)致銅穩(wěn)定套管中的高純度銅出現(xiàn)錫污染。尤其 是，即使在向半成品線材中引入在(半成品）電纜的制造中通常會出現(xiàn)的變形時，也能提供 可靠的密封作用。
[0040] 由于擴(kuò)散阻擋層可靠的密封作用，能夠?qū)崿F(xiàn)PIT元件中的鈮(必要時還有補(bǔ)充性元 素)和錫以特別高的轉(zhuǎn)化率(發(fā)生反應(yīng)的鈮相對于所使用的鈮的比例)轉(zhuǎn)化成超導(dǎo)A15相，因 為基本上不用擔(dān)心錫穿透含鈮的小管。與基于"粉末套管"法的傳統(tǒng)半成品線材相比，一方 面可以提高反應(yīng)退火時間和/或以高反應(yīng)退火溫度，或者也可以提高含鈮小管中粉末的錫 含量。與沒有擴(kuò)散阻擋層的"粉末套管"法超導(dǎo)線材相比，尤其是可以在載流能力方面對由 擴(kuò)散阻擋層引起的面積損失進(jìn)行過補(bǔ)償。
[0041] 因此，總體上在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)含Nb3Sn的成品超導(dǎo)線材特別高的載流 能力，所述超導(dǎo)線材可以可靠地具有高剩余電阻比（RRR值）。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，關(guān)于在線 材的總橫截面中的超導(dǎo)體面積比例，可以實(shí)現(xiàn)1400A/mm 2(在15T和4.2K下）或2400A/mm2(在 12T和4.2K)和更多的載流能力，而在銅穩(wěn)定體中實(shí)現(xiàn)了150或更大的RRR值。
[0042] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和變型方案 [0043]半成品線材的實(shí)施方式
[0044] 在根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的一種有利的實(shí)施方式中設(shè)定，填充元件在外側(cè)直接 貼靠在擴(kuò)散阻擋層上。在引入填充元件前驅(qū)體和PIT前驅(qū)體元件之前，就已完全去除擠壓時 引入的內(nèi)部元件前驅(qū)體。由此使在以后的超導(dǎo)線材的橫截面中不能用于超導(dǎo)的面積比例最 小化，并且反過來使得載流能力最大化。
[0045] 還優(yōu)選這樣的實(shí)施方式，其中，中央的填充元件在外側(cè)鄰接于PIT元件。當(dāng)進(jìn)行減 小橫截面的成形時，尤其是在拉拔時，中央的填充元件可以通過其材料與這里在半成品線 材的橫截面上特別高的機(jī)械負(fù)荷相配；中央的填充元件尤其可以由銅構(gòu)成。中央的填充元 件在其輪廓上通常相當(dāng)于一個六邊形元件或者一束六邊形元件，從而可以避免在中樣的填 充元件周圍出現(xiàn)空腔。應(yīng)注意的是PIT元件通常同樣有六邊形的橫截面。
[0046] 此外，優(yōu)選這樣的實(shí)施方式，其中，填充元件是含銅的。含銅的填充元件具有特別 好的變形特性。填充元件尤其是可以含有單質(zhì)銅。
[0047] 按照一個有利的實(shí)施方式，PIT元件具有六邊形的橫截面。這樣便于進(jìn)行操作并且 便于在半成品線材中形成緊密、均勻的排列。
[0048] 在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，PIT元件中由鈮或含鈮的合金構(gòu)成的小管具有圓形橫 截面。由此在反應(yīng)退火時或在反應(yīng)退火之后，可以在小管的整個周邊上實(shí)現(xiàn)未反應(yīng)的小管 材料的均勻的剩余厚度，從而能更好地實(shí)現(xiàn)較高的Nb3Sn轉(zhuǎn)化率和較高的載流能力。
[0049]還優(yōu)選這樣的實(shí)施方式，其中，對于擴(kuò)散阻擋層的面積比例ADF有4% SADF <8,這 是在實(shí)踐中得到驗(yàn)證的。由于擴(kuò)散阻擋層較高的最小比例降低銅穩(wěn)定套管中出現(xiàn)錫污染的 風(fēng)險，并且由于擴(kuò)散阻擋層較低的最大比例減少了不能用于超導(dǎo)的橫截面比例。
[0050]同樣優(yōu)選地設(shè)定，銅穩(wěn)定套管在半成品線材橫截面中具有面積比例ASH，其中12 % < ASH < 30%、優(yōu)選18% < ASH < 30%、特別優(yōu)選22% < ASH < 27%。這種面積比例能夠提供 良好的（熱和電）穩(wěn)定作用，同時不會不必要地限制可以用于超導(dǎo)的線材橫截面的面積比 例。
[0051 ] 在另一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，對擴(kuò)散阻擋層的壁厚WDF有IOymSWDF <22μL?，這也 是在實(shí)踐中得到驗(yàn)證的。利用擴(kuò)散阻擋層較高的最小厚度降低了銅穩(wěn)定套管中出現(xiàn)錫污染 的風(fēng)險，而通過擴(kuò)散阻擋層較低的最大厚度減少不能用于超導(dǎo)的橫截面比例。
[0052] 一個實(shí)施方式有利地設(shè)定，銅穩(wěn)定套管具有外徑DSH，其中0.5mm<DSH< 1.2mm，優(yōu) 選0.6mm< DSHS 0.9mm。在這種情況下，擴(kuò)散阻擋層的壁厚與銅穩(wěn)定套管或半成品線材或者 也與(在橫截面中的尺寸方面相同的)超導(dǎo)線材的尺寸最佳地匹配。
[0053]還優(yōu)選這樣的實(shí)施方式，由鈮或含鈮的合金構(gòu)成的小管具有直徑DR5,其中 20μιη^ΟΙΜ^55μιη，優(yōu)選20μη〇?Μ^45μιη.利用這種尺寸可以在成品超導(dǎo)線材中實(shí)現(xiàn) 特別小的磁化損耗，尤其小于常見的"內(nèi)錫"法線材中的磁化損耗。
[0054]在一個有利的實(shí)施方式中設(shè)定，含錫的粉末芯部中的總錫含量GSn按質(zhì)量至少 80 %，尤其為按質(zhì)量85 % < GSn < 90 %。也優(yōu)選按質(zhì)量GSn 2 82 %，尤其優(yōu)選按質(zhì)量GSn 2 85 %。由于較高的總錫含量可以實(shí)現(xiàn)從鈮轉(zhuǎn)變?yōu)镹b3Sn的較高轉(zhuǎn)化率，并且因此能夠在成品 超導(dǎo)線材中實(shí)現(xiàn)特別尚的載流能力。
[0055]特別優(yōu)選這樣的實(shí)施方式，其中，擴(kuò)散阻擋層含有按質(zhì)量至少50%的鈮或按質(zhì)量 至少50%的鉭。鉭作為擴(kuò)散阻擋層的材料也能起到機(jī)械強(qiáng)化的作用，并且避免了在熱處理 期間在擴(kuò)散阻擋層中形成Nb3Sn;因此基于鉭合金的擴(kuò)散阻擋層優(yōu)選不合鈮。此外鉭阻擋層 還會導(dǎo)致經(jīng)反應(yīng)退火的含Nb3Sn的線材中較小的磁化。尤其是與鉭相比，鈮或含鈮的合金構(gòu) 成的擴(kuò)散阻擋層較為經(jīng)濟(jì)；因此基于鈮合金的擴(kuò)散阻擋層優(yōu)選不含或僅含有很少的鉭(例 如按質(zhì)量10%或更少）。但應(yīng)注意的是，也可以使用鈮鉭合金或基于鉿、鋯、釩、鉬或鈦的材 料或合金作為用于擴(kuò)散阻擋層的材料。
[0056]在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括這樣的用于含Nb3Sn超導(dǎo)電纜的半成品電纜，所述半成 品電纜包括多個扭絞的根據(jù)本發(fā)明的半成品線材，所述半成品電纜尤其是構(gòu)造成扁平電 纜。利用由所述半成品電纜獲得的超導(dǎo)電纜可以超導(dǎo)傳輸很高的電流。即使在出現(xiàn)如在制 造扁平電纜時出現(xiàn)的變形時，閉合的擴(kuò)散阻擋層也能繼續(xù)可靠起到錫到銅穩(wěn)定套管的阻止 作用，因此也能保證在經(jīng)反應(yīng)退火的扁平電纜中也有很高的RRR值。
[0057]在本發(fā)明的范圍內(nèi)還包括含Nb3Sn的超導(dǎo)線材或含Nb3Sn的超導(dǎo)電纜，它們通過對 根據(jù)本發(fā)明的半成品線材或根據(jù)本發(fā)明的半成品電纜進(jìn)行反應(yīng)退火來制造。通過根據(jù)本發(fā) 明的半成品線材設(shè)計可以保證超導(dǎo)線材中有很高的載流能力，同時包裝在常導(dǎo)的銅穩(wěn)定套 管中有很高的導(dǎo)電性。
[0058]這里特別優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的含Nb3Sn的超導(dǎo)線材或根據(jù)本發(fā)明的含Nb3Sn的超導(dǎo) 電纜的這樣的實(shí)施方式，其中，在反應(yīng)退火時包含在小管中的鈮至少80%反應(yīng)成為A15相。 在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)這種高的轉(zhuǎn)化率(和相應(yīng)高的載流能力），因?yàn)镹b3Sn或A15相的 反應(yīng)前鋒可能穿透由鈮或含鈮的合金構(gòu)成的小管由于擴(kuò)散阻擋層而基本上無關(guān)緊要，并且 尤其不會導(dǎo)致銅穩(wěn)定套管被錫污染。
[0059] 同樣優(yōu)選這樣的實(shí)施方式，其中，含Nb3Sn的超導(dǎo)線材或含Nb3Sn的超導(dǎo)電纜的剩 余電阻比RRR至少為100,優(yōu)選至少為150。在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠可靠達(dá)到這樣的剩余電阻 比值。
[0060] 用于半成品線材制造的方法的變型方案
[0061 ]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選變型方案中，用于銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體的材料直接 在即將通過擠壓塑性變形之前具有平均粒度MKS，其中有MKS 2 2 · MKI，優(yōu)選MKS 2 5 · MKI。 換句話說，用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料與用于銅穩(wěn)定套管的材料相比明顯更為精細(xì)。因此 在靜液壓擠壓成形之后，能夠?qū)崿F(xiàn)非常小的擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體波紋度。MKS通常為100μπι或 更多，多數(shù)為200~500μπι。
[0062] 還優(yōu)選這樣的變型方案，其中，在步驟d)中對前驅(qū)半成品線材進(jìn)行擠壓、拉拔和/ 或線材乳制。這些方法均對于減小橫斷面的成形已得到驗(yàn)證。
[0063] 同樣優(yōu)選這樣的變型方案，其中，直接在即將擠壓之前，將用于外套的材料加熱到 溫度TSP 2 450°C。由此實(shí)現(xiàn)了良好的變形特性。
[0064] 在一個變型方案有利地在步驟a)中將內(nèi)部元件前驅(qū)體構(gòu)造成空心圓柱體。由此能 夠節(jié)省材料地進(jìn)行靜液壓擠壓，并且在引入PIT元件前驅(qū)體之前僅需去除很少的材料，以便 能為PIT元件前驅(qū)體提供大的橫截面面積比例。備選地也可以將實(shí)心圓柱體構(gòu)造成內(nèi)部元 件前驅(qū)體，這樣使得可以使用簡單的擠壓模具。
[0065] 在一個優(yōu)選變型方案中設(shè)定，在步驟b)中機(jī)械地、尤其通過鉆削或銑削去除內(nèi)部 元件前驅(qū)體的材料。機(jī)械去除可以簡單快速地進(jìn)行。
[0066] 備選或附加地在一個變型方案中設(shè)定，在步驟b)中化學(xué)地去除內(nèi)部元件前驅(qū)體的 材料?；瘜W(xué)去除能夠保護(hù)材料，尤其是不會在材料表面中引入變形。如果既采用一個或多個 機(jī)械去除步驟，也采用一個或多個化學(xué)去除步驟，則最后一個去除步驟優(yōu)選是化學(xué)去除。
[0067] 特別有利的是這樣的變型方案，其中，在步驟b)中，將內(nèi)部元件前驅(qū)體完全從外套 中去除。由此為超導(dǎo)提供特別大的橫截面面積比例。內(nèi)部元件前驅(qū)體此時主要用來改善擠 壓時的變形特性。
[0068] 還優(yōu)選這樣的變型方案，其中，將用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料選擇為含Cu-Sn、含 Cu-Ni、含Cu-Zn或含Cu-Al的合金。尤其在為了擠壓而加熱到450 °C或更高溫度時，使用這些 合金可以在用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料中獲得較小的平均粒度和總體上精細(xì)顆粒的組織。
[0069] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)可以從說明書和附圖得出。前面所述的并且還將詳細(xì)說明的特 征同樣可以根據(jù)本發(fā)明單獨(dú)使用或以多個任意組合地使用。所示和所述的實(shí)施方式不應(yīng)理 解為窮盡列舉的，而是為了描述本發(fā)明而具有示例性的特征。
【附圖說明】
[0070] 在附圖中示出并根據(jù)實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，附圖沒有示出符合比例的圖形：
[0071] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的第一實(shí)施方式的橫截面示意圖，具有內(nèi)部元 件；
[0072] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材第二實(shí)施方式的橫截面示意圖，具有直接貼靠 在擴(kuò)散阻擋層上的填充元件；
[0073] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材第三實(shí)施方式的橫截面示意圖，具有中央的填 充元件；
[0074] 圖4示出用于根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的單個PIT元件的橫截面示意圖；
[0075] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的制造方法流程的概況示意圖以及第一方法方 案中的分步驟a)和b)，具有設(shè)計成空心圓柱體的內(nèi)部元件前驅(qū)體；
[0076] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的制造方法流程的概況示意圖以及第二方法方 案中的分步驟a)和b)，具有設(shè)計成實(shí)心圓柱體的內(nèi)部元件前驅(qū)體；
[0077] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的制造方法流程的概況示意圖以及分步驟c)和 d)，其中使用完全去除內(nèi)部元件前驅(qū)體的外套；
[0078] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的半成品電纜的示意透視圖；
[0079] 圖9示出在反應(yīng)退火時用根據(jù)本發(fā)明的半成品電纜卷繞的電磁線圈的示意圖；
[0080] 圖IOa示出根據(jù)本發(fā)明的方法步驟a)制造的外套的橫向磨片的光學(xué)照片，具有 CuSnTi合金構(gòu)成的內(nèi)部元件前驅(qū)體；
[0081] 圖IOb示出按傳統(tǒng)方式制造的外套的橫向磨片的光學(xué)照片，具有銅內(nèi)芯。
【具體實(shí)施方式】
[0082] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的按第一實(shí)施方式的半成品線材1的橫截面示意圖。
[0083]半成品線材1在徑向外部具有用高純度銅(通常純度為按原子數(shù)量99.9%或更高） 制成的銅穩(wěn)定套管2。銅穩(wěn)定套管2在這里具有圓形的外和內(nèi)橫截面。在橫截面中，銅穩(wěn)定套 管2的面積在半成品線材1的總面積中所占的比例優(yōu)選約為22~27%，多數(shù)為24~25%，并 且銅穩(wěn)定套管2或半成品線材1的外徑DSH優(yōu)選約為0.6~0.9mm，多數(shù)為0.7~0.85mm。
[0084] 管狀的在橫截面中環(huán)形閉合的擴(kuò)散阻擋層3在內(nèi)側(cè)貼靠在銅穩(wěn)定套管2上。擴(kuò)散阻 擋層3在這里用鈮制成，并且優(yōu)選具有10~20μπι的壁厚WDF。在橫截面中，擴(kuò)散阻擋層3在半 成品線材1的總面積中所占的面積比例優(yōu)選約為4~8%，多數(shù)為5~6%。擴(kuò)散阻擋層3的壁 厚WDF在其周邊上基本上是恒定的，并且在擴(kuò)散阻擋層中也沒有明顯的波紋度。關(guān)于分別出 現(xiàn)的最大內(nèi)半徑和外半徑，在橫截面中擴(kuò)散阻擋層3的內(nèi)半徑和外半徑實(shí)際上通常分別最 大波動10 %。
[0085] 在所示的實(shí)施方式中，內(nèi)部元件4在內(nèi)側(cè)貼靠在擴(kuò)散阻擋層3上，所述內(nèi)部元件是 在靜液壓擠壓之后從內(nèi)部元件前驅(qū)體中留下的。內(nèi)部元件4通常用銅合金制成，優(yōu)選用CuSn 合金制成。優(yōu)選將內(nèi)部元件4的壁厚調(diào)整到盡可能小，通常為15μπι或更少。內(nèi)部元件4(或所 屬的內(nèi)部元件前驅(qū)體)防止擴(kuò)散阻擋層3在制造過程中受損。
[0086]這里一組六個填充元件5在內(nèi)側(cè)貼靠在內(nèi)部元件4上。填充元件5在外側(cè)與內(nèi)部元 件4發(fā)生貼靠的內(nèi)側(cè)相對應(yīng)地圓弧形彎曲，而在內(nèi)側(cè)與所貼靠的六邊形成型的PIT元件6相 對應(yīng)地成型。填充元件5通常用銅制成。在所示實(shí)施方式中，填充元件5包圍一束19個PIT元 件6;但也可以采用更多PIT元件6,例如50個或更多的PIT元件6HT元件6將針對圖4詳細(xì)說 明。擴(kuò)散阻擋層3能夠防止可能從PIT元件6逸出的錫滲入銅穩(wěn)定套管2中。銅穩(wěn)定套管2相應(yīng) 地在反應(yīng)退火后保持高導(dǎo)電性。
[0087]所示的半成品線材1已通過合適的成形措施、例如拉拔調(diào)整到為反應(yīng)退火設(shè)定的 最終尺寸，并且在需要時，可以針對希望的應(yīng)用將其集束和定位(例如扭絞成半成品電纜并 纏繞到線圈架上），為此參見圖8和9。
[0088] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材1的第二實(shí)施方式的橫截面示意圖，該實(shí)施方式 類似于圖1中所示的實(shí)施方式。因此僅說明主要區(qū)別。
[0089] 在圖2所示的實(shí)施方式中，填充元件5在外側(cè)直接貼靠在擴(kuò)散阻擋層3上;沒有設(shè)置 內(nèi)部元件。因此可以在擴(kuò)散阻擋層3的內(nèi)部提供更多用于PIT元件6的面積;PIT元件6可以更 加靠近擴(kuò)散阻擋層3。
[0090] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的半成品線材1的第三實(shí)施方式的橫截面示意圖，該實(shí)施方式 類似于圖2中所示的實(shí)施方式。因此僅說明主要區(qū)別。
[0091] 在圖3所示的實(shí)施方式中，這里在一束18個PIT元件6的內(nèi)部設(shè)置中央填充元件7， 該填充元件在這里占據(jù)相當(dāng)于一個六邊形PIT元件的空間。應(yīng)注意的是，在其它實(shí)施方式中 所占據(jù)的空間也可以相當(dāng)于多個PIT元件，例如三個或七個或更多。中央填充元件7通常用 與填充元件5相同的材料制成，例如銅。中央填充元件7在減小橫截面的成形時避免在PIT元 件上出現(xiàn)高機(jī)械負(fù)荷。
[0092] 圖4示出用于根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的單個PIT元件6的橫截面示意圖，如例如 在圖1~3中所示的PIT元件。
[0093] PIT元件6具有含銅的包套8,這里包套由單質(zhì)銅構(gòu)成并在外側(cè)具有六邊形橫截面， 而在內(nèi)側(cè)具有圓形橫截面(例如為此首先拉制六邊形的外橫截面，接著引入圓形的孔）。在 含銅包套8的內(nèi)部貼合由鈮或含鈮合金(例如NbTa)構(gòu)成的小管9。小管9用粉末芯部10填充， 該粉末芯部是含錫的，例如具有由單質(zhì)錫、Nb6Sn5和/或NbSn2構(gòu)成的混合物，粉末芯部中錫 的總含量通常按質(zhì)量至少80%，優(yōu)選按質(zhì)量至少為82%。粉末芯部10通常是壓實(shí)的，例如是 擠壓的。
[0094] PIT元件6的橫截面為圓形的小管9優(yōu)選在成形到最終尺寸的半成品線材中具有為 20~45μηι、多數(shù)為30~40μηι的外徑DR0.
[0095] 在進(jìn)行反應(yīng)退火時，錫可以從粉末芯部10擴(kuò)散到小管9中，并且在這里轉(zhuǎn)換成 Nb3Sn，反應(yīng)前鋒這里從內(nèi)向外推進(jìn)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可允許反應(yīng)前鋒繼續(xù)前進(jìn)，從而存 在于小管9(包括粉末芯部10)中的鈮通常至少80%、優(yōu)選所有的鈮轉(zhuǎn)換成A15相，尤其是轉(zhuǎn) 換成Nb3Sn。錫可能穿過小管9的情況基本上無關(guān)緊要，因?yàn)閿U(kuò)散阻擋層對半成品線材的銅 穩(wěn)定套管提供保護(hù)。
[0096] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造根據(jù)本發(fā)明的半成品線材、例如根據(jù)圖2的半成品 線材的方法的第一部分的第一變型方案。該圖主要顯示橫截面，但對于擠壓機(jī)則在右邊示 出縱剖面圖。
[0097] 在根據(jù)本發(fā)明的方法的第一步驟a)中，對坯料11進(jìn)行靜液壓擠壓。
[0098]坯料11在這里包括由用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料構(gòu)成的空心圓柱體12，該空心圓 柱體插入由用于擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體的材料構(gòu)成的管13中，并且還將管13與空心圓柱體12- 起插入由用于銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體的材料構(gòu)成的管14中。
[0099] 坯料11設(shè)置在擠壓筒17內(nèi)的液壓液15之中。利用擠壓桿16對通過高壓密封件15a 密封的液壓液15施加壓力(通常大于lOkbar)，將坯料11經(jīng)由變窄的擠壓模18擠出。加熱坯 料11，使得坯料在即將擠出之前并且也在擠出時具有450 °C或更高、多數(shù)約為500 °C的溫度 TSP0
[0100] 用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的（金屬)材料和擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體的（金屬)材料選擇成，使 得直接在即將擠出之前（即在為了擠出而加熱之后，但是在進(jìn)入擠壓模18之前)對于用于內(nèi) 部元件前驅(qū)體的材料的平均粒度MKI和用于擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體的材料的平均粒度MKD有： MKI ^ 3 · MKD，優(yōu)選MKI ^ 1 · MKD。此外對于銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體的（金屬）材料的平均粒度 MKS，直接在即將擠出之前通常也有:MKS2 2 ·ΜΚΙ，優(yōu)選MKS2 5 ·ΜΚΙ。
[0101] 通過擠出坯料11獲得外套20,該外套具有比坯料11更小的直徑。外套20包括穩(wěn)定 套管前驅(qū)體21、在該前驅(qū)穩(wěn)定套管中在內(nèi)側(cè)貼靠的擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22以及在擴(kuò)散阻擋層 前驅(qū)體中在內(nèi)側(cè)貼靠的內(nèi)部元件前驅(qū)體23,內(nèi)部元件前驅(qū)體這里構(gòu)造成空心的（管狀），具 有中央空腔24。通過對靜液壓擠壓中成形的材料的以上結(jié)構(gòu)要求，可以保持?jǐn)U散阻擋層前 驅(qū)體2 2中的波紋度（該波紋度決定半成品線材中或成品超導(dǎo)線材中的擴(kuò)散阻擋層的波紋 度)較小。
[0102] 在方法的第二步驟b)中，現(xiàn)在去除內(nèi)部元件前驅(qū)體23的材料。在所示的變型方案 中，首先通過機(jī)械去材、例如銑削或鏜孔增大中心空腔24的直徑;首先留下壁厚減小且空腔 24a增大的內(nèi)部元件前驅(qū)體23a。然后這里完全化學(xué)去除剩余的內(nèi)部元件前驅(qū)體23a，例如通 過腐蝕，例如對于由青銅構(gòu)成的內(nèi)部元件前驅(qū)體23,通過硝酸進(jìn)行腐蝕。在所示的變型方案 中，此后剩余的外套20a僅還包括銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體21和擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22,帶有在內(nèi)側(cè) 鄰接擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22的空腔25。應(yīng)注意的是，空腔24、24a、25在外套20、20a的很大的長 度上延伸(在圖5中垂直于圖平面），并且在這個全部長度上去除材料。
[0103]內(nèi)部元件前驅(qū)體23或23a的剩余部分也可選擇留在外套20a中，以便尤其在機(jī)械去 材之后以較高的可靠性保證擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22完好無損或整體式有足夠的厚度。
[0104] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的用于制造根據(jù)本發(fā)明的半成品線材、例如根據(jù)圖2的半成品 線材的方法的第一部分的第二變型方案。第二變型方案類似于圖5的第一變型方案，因此僅 介紹主要的區(qū)別。
[0105] 在圖6所示的變型方案中，在步驟a)中使用由用于內(nèi)部元件前驅(qū)體的材料構(gòu)成的 用于坯料11的實(shí)心圓柱體26,將該實(shí)心圓柱體插入由用于擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體的材料構(gòu)成的 管13之中。將管13連同實(shí)心圓柱體26-起插入由用于銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體的材料構(gòu)成的管14 之中。
[0106] 在通過擠出坯料11獲得的外套20中此時在擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22中包含實(shí)心圓柱 形的內(nèi)部元件前驅(qū)體27。然后通過機(jī)械去材、尤其通過鉆削向內(nèi)部元件前驅(qū)體27中引入空 腔28。接著在這里也完全化學(xué)地，例如通過腐蝕去除剩余的內(nèi)部元件前驅(qū)體27。
[0107] 同樣也獲得包括銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體21和擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22的剩余外套20a，包 括在內(nèi)側(cè)鄰接擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22的空腔25。
[0108] 圖7示意性示出制造根據(jù)本發(fā)明的半成品線材的下一個步驟，例如接著根據(jù)圖5或 圖6的步驟a)和b)之后。圖中示出橫截面。
[0109] 在第三步驟C)，將多個PIT元件前驅(qū)體30布置成一束31并且用填充元件32前驅(qū)體 包圍該束。將這個組合體33設(shè)置在(在完全去除內(nèi)部元件前驅(qū)體之后）留下的外套20a中，并 因此設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層22前驅(qū)體之內(nèi)。由此獲得半成品線材前驅(qū)體34。在剩余的外套20a和 填充元件前驅(qū)體32之間并且總體上在半成品線材前驅(qū)體34中沒有留下明顯的空腔。
[0110] 在步驟d)中現(xiàn)在對半成品線材前驅(qū)體進(jìn)行減小橫截面的成形，例如擠壓、拉拔或 線材乳制。應(yīng)注意，也可以以多個步驟并且以不同成形技術(shù)的序列進(jìn)行成形。成形之后獲得 根據(jù)本發(fā)明的半成品線材1，它具有相對于半成品線材前驅(qū)體34減小的外徑。在減小橫截面 之后，在半成品線材1中在擴(kuò)散阻擋層3中沒有出現(xiàn)明顯的波紋度。
[0111] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，從步驟a)直至包括步驟d)的減小橫截面的成形的擠壓之后并 且包括扭鉸成半成品電纜和定位半成品線材或半成品電纜，總體上不進(jìn)行中間退火，由此 保持制造簡單。但對于確定的半成品線材設(shè)計，尤其是在PIT元件的粉末芯部中沒有單質(zhì)錫 的情況下，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也可以有利地應(yīng)用一次或多次中間退火。
[0112] 應(yīng)注意的是，PIT元件前驅(qū)體30、填充元件前驅(qū)體32、銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體21和擴(kuò)散 阻擋層前驅(qū)體22基本上對應(yīng)于于半成品線材1中的PIT元件6、填充元件5、銅穩(wěn)定套管2和擴(kuò) 散阻擋層3,但還具有更大的尺寸，因?yàn)檫€沒有進(jìn)行減小橫截面的成形。PIT元件前驅(qū)體30尤 其是具有含銅的包套前驅(qū)體35、由于鈮或含鈮的合金構(gòu)成的小管前驅(qū)體36以及粉末芯部前 驅(qū)體37。
[0113] 如圖8所示，可以將多個半成品線材1扭絞(絞合)成半成品電纜40,這里是扁平電 纜。應(yīng)注意的是，除了具有矩形橫截面的扁平電纜之外，也可以制成具有楔形橫截面的扁平 電纜。用于本發(fā)明的常見扁平電纜在橫截面中具有4或更大的寬高比。在扁平電纜中，半成 品線材1會在較短電纜邊緣上出現(xiàn)強(qiáng)烈的變形，根據(jù)本發(fā)明的半成品線材1能夠很好容許這 樣的變形。通?？蓪⒈馄诫娎|繼續(xù)加工成用于勵磁線圈的跑道式線圈（Race-Track-Coil) 形式的線圈（沒有詳細(xì)示出）。此外也可以用多個半成品線材1制成非扁平的電纜40,例如橫 斷面為圓形的電纜(沒有詳細(xì)示出）。
[0114] 尤其是可以根據(jù)電磁線圈的類型將半成品線材1或者半成品電纜40纏繞在圓柱形 的線圈架50上，并且放在退火爐51中進(jìn)行反應(yīng)退火，見圖9。同樣也可以例如將跑道式線圈 放在退火爐51中進(jìn)行反應(yīng)退火(沒有詳細(xì)示出）。在反應(yīng)退火期間（通常在600~700°C進(jìn)行 幾天至幾周）將在制成的半成品線材的PIT元件中形成超導(dǎo)A15相，尤其是Nb3Sn，通過擴(kuò)散 阻擋層避免了對銅穩(wěn)定套管的污染。所述擴(kuò)散阻擋層這里僅需要很小的面積比例，反之在 由半成品線材獲得的超導(dǎo)線材中則有很大的面積比例可供A15相使用;此外還可以在半成 品線材中預(yù)存很多錫，使得存在于PIT元件中、尤其存在于目前為止的小管中的鈮的很大比 例能夠轉(zhuǎn)換為A15相。相應(yīng)地能夠?qū)崿F(xiàn)含有Nb3Sn的成品超導(dǎo)線材或含有Nb3Sn的成品超導(dǎo) 電纜非常高的載流能力。
[0115]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0116]根據(jù)使用由實(shí)心圓柱體構(gòu)成的內(nèi)部元件前驅(qū)體的制造示例，對在制造用于根據(jù)本 發(fā)明的半成品線材的外套-對此尤其見步驟a)_時根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)行制造方法的根據(jù)本發(fā) 明的通過擠壓的處理方式進(jìn)行試驗(yàn)，對此也參見圖6的上部。此外為了進(jìn)行比較，還通過擠 壓以傳統(tǒng)方式制造了一個用于半成品線材的外套。將所獲得的外套制作成橫向磨片。圖IOa 示出按照本發(fā)明制造的外套20的光學(xué)照片(包括cm比例尺），并且圖IOb示出按傳統(tǒng)方式制 造的外套120的光學(xué)照片(包括cm比例尺）。
[0117]表1:根據(jù)本發(fā)明制造的外套（圖IOa)
[0119] * :亞晶粒尺寸，組織沒有再結(jié)晶
[0120]對于在本發(fā)明范圍內(nèi)制造的外套20使用CuSnTi合金用于內(nèi)部元件前驅(qū)體23，所述 內(nèi)部元件前驅(qū)體在這里具有20μπι的熱態(tài)平均粒度MKI(直接在擠壓之前）。用于擴(kuò)散阻擋層 前驅(qū)體22的鈮具有60μπι的熱態(tài)平均粒度MKD(直接在擠壓之前）。用于銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體21 的Cu OFE具有300μπι的熱態(tài)平均粒度MKS(直接在擠壓之前）。
[0121] 對于按照傳統(tǒng)方法制造的外套120使用Cu OFE用于銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體21和鈮用于 擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22的（見上文）；對于內(nèi)部元件前驅(qū)體123使用鑄銅。
[0122] 在對帶有CuSnTi合金構(gòu)成的內(nèi)部元件前驅(qū)體23的外套20進(jìn)行擠壓之后，獲得了厚 度約為1.5mm、壁面非常光滑沒有明顯波紋度的擴(kuò)散阻擋層22(圖10a)。
[0123] 相反，在使用由鑄銅組成的內(nèi)部元件前驅(qū)體123制成的外套120中，則擴(kuò)散阻擋層 前驅(qū)體22具有明顯的波紋度（圖10b)。在擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22的厚度同樣約為1.5mm時，這 里擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體22的外半徑約以0.5_變化，。這種明顯的波紋度可能會在隨后的減小 橫斷面的成形中導(dǎo)致在擴(kuò)散阻擋層中出現(xiàn)空隙。通過腐蝕使得內(nèi)部元件前驅(qū)體123的鑄件 組織中的晶粒輪廓在圖IOb中可見。由于晶粒的輪廓大小在擠壓之后為_至cm尺度，因此可 以推斷，晶粒在擠壓之前至少同樣以_至cm尺度存在。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于含Nb3Sn的超導(dǎo)線材的半成品線材（I)，包括： -銅穩(wěn)定套管(2)， -銅穩(wěn)定套管(2)內(nèi)部的環(huán)形閉合的擴(kuò)散阻擋層(3)， -擴(kuò)散阻擋層(3)內(nèi)部的多個PIT元件(6)，運(yùn)些PIT元件分別包括： 含銅包套(8)， 小管(9)，W及 含錫的粉末忍部（10)， 其特征在于， 小管(9)由妮或含妮的合金構(gòu)成，擴(kuò)散阻擋層（3)在半成品線材（1)的橫截面中具有面 積比例ADF，其中3 % < ADF < 9 %，擴(kuò)散阻擋層還具有壁厚WDF，其中8皿< WDF。5皿，并且在 擴(kuò)散阻擋層(3)的內(nèi)部還設(shè)置多個填充元件（5)，所述填充元件在內(nèi)側(cè)貼靠在PIT元件(6) 上.2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半成品線材（1)，其特征在于，填充元件(5)在外側(cè)直接貼靠在 擴(kuò)散阻擋層(3)上.3. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，中央的填充元件 (7)在外側(cè)鄰接于PIT元件(6).4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，填充元件（5)是含 銅的.5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，PIT元件(6)具有六 邊形的橫截面.6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，PIT元件(6)中的由 妮或含妮的合金構(gòu)成的小管(9)具有圓形的橫截面.7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，擴(kuò)散阻擋層(3)的 面積比例ADF為4% < ADF < 8%。8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，銅穩(wěn)定套管（2)在 半成品線材（1)橫截面中具有面積比例ASH，其中12 % < A甜。0%，優(yōu)選18% < A甜。0 %， 特別優(yōu)選22 % < A甜。7%.9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，對于擴(kuò)散阻擋層 (3)的壁厚WDF有10皿< WDF < 22皿.10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，銅穩(wěn)定套管(2)具 有外徑DSH，其中0.5mm < 0甜 < 1.2mm，優(yōu)選0.6mm < 0甜 < 0.9mm.11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所沐的半成品線材（1)，巧據(jù)佈在干，由銀或含銀的合 金構(gòu)成的小管(9)具有直徑DR6,其412. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，含錫的粉末忍部 (10)中的總錫含量GSn為至少按質(zhì)量80%，特別是按質(zhì)量85% < GSn <90%.13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)，其特征在于，擴(kuò)散阻擋層(3)含 有按質(zhì)量至少50%的妮或者按質(zhì)量至少50%的粗。14. 用于含有Nb3Sn的超導(dǎo)電纜的半成品電纜(40)，包括多個扭絞的根據(jù)權(quán)利要求1至 13中任一項(xiàng)所述的半成品線材(I)，所述半成品電纜(40)尤其是設(shè)計成扁平電纜.15. 含抓3如的超導(dǎo)線材或含抓3如的超導(dǎo)電纜，通過對根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所 述的半成品線材（1)或者權(quán)利要求14所述的半成品電纜(40)進(jìn)行反應(yīng)退火來制造所述超導(dǎo) 線材或超導(dǎo)電纜.16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的含師3如的超導(dǎo)線材或含抓3如的超導(dǎo)電纜，其特征在于，在 反應(yīng)退火時，小管(9)中所含的妮的至少80%已反應(yīng)成為A15相.17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16中任一項(xiàng)所述的含師3&1的超導(dǎo)線材或含師3如的超導(dǎo)電纜， 其特征在于，含師3&1的超導(dǎo)線材或含抓3如的超導(dǎo)電纜具有至少100、優(yōu)選至少150的剩余 電阻比RRR.18. 用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的半成品線材（1)的方法，包括W下步 驟： a) 通過擠壓，尤其是通過靜液壓擠壓制作外套(20)，所述外套（20)包括銅穩(wěn)定套管前 驅(qū)體(21)、銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體(21)內(nèi)部的擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體(22) W及擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體 (22)內(nèi)部的內(nèi)部元件前驅(qū)體(23)，用于內(nèi)部元件前驅(qū)體(23)的材料選擇成，使得直接在即 將通過擠壓發(fā)生塑性變形之前用于內(nèi)部元件前驅(qū)體(23)的材料的平均粒度MKI最多為用于 擴(kuò)散阻擋層前驅(qū)體(22)的材料的平均粒度MD的3倍. b) 在外套的長度上將內(nèi)部元件前驅(qū)體(23)的至少一部分從外套(20)中去除， C)將多個PIT元件前驅(qū)體(30)與多個填充元件前驅(qū)體(32)-起設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層前驅(qū) 體(22)的內(nèi)部，所述填充元件前驅(qū)體(32)貼靠在剩余的外套(20a)的內(nèi)側(cè)上和PIT元件前驅(qū) 體(30化， d)對運(yùn)樣獲得的半成品線材前驅(qū)體(34)進(jìn)行減小橫截面的成形，由此獲得半成品線材 (1).19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，用于銅穩(wěn)定套管前驅(qū)體(21)的材料直接 在即將通過擠壓發(fā)生塑性變形之前具有平均粒度MKS，其中有MKS> 2 ? MKI，優(yōu)選MKS> 5 ? MKI.20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于，在步驟d)中，對半成品線材前驅(qū)體 (34)進(jìn)行擠壓和/或拉拔和/或者線材社制.21. 根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，直接在即將擠壓之前，將 用于外套(20)的材料加熱到溫度TSP> 450°C .22. 根據(jù)權(quán)利要求18至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟a)中的內(nèi)部元件前驅(qū) 體(23)構(gòu)造成空屯、圓柱體.23. 根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟b)中，W機(jī)械的方 式、尤其通過鉆削或銳削去除內(nèi)部元件前驅(qū)體(23)的材料.24. 根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟b)中，W化學(xué)的方 式去除內(nèi)部元件前驅(qū)體(23)的材料.25. 根據(jù)權(quán)利要求18至24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟b)中，將內(nèi)部元件 前驅(qū)體(23)從外套(20)中完全去除.26. 根據(jù)權(quán)利要求18至25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用于內(nèi)部元件前驅(qū)體(23) 的材料選擇為含化-Sn、含化-Ni、含化-Zn或含化-Al的合金。
【文檔編號】H01B12/00GK105913967SQ201610293490
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月24日
【發(fā)明人】M·托內(nèi), B·賽勒
【申請人】布魯克Eas有限公司