一种Bi-2223超导带材的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种Bi?2223超导带材的制备方法，包括以下步骤：一、采用振动装管的方法将Bi?2223前驱粉末装入液压管中；二、等静压成型，得到棒坯，之后将棒坯装入银管中，密封后得到Bi?2223单芯复合体；三、拉拔加工，得到Bi?2223多芯线材；四、热处理，得到Bi?2223超导线材；五、进行轧制，得到半成品带材；六、依次进行中间热处理、单道次轧制和成品热处理，得到Bi?2223超导带材。本发明能够显著提高Bi?2223带材的织构和载流性能。
【专利说明】
一种B 1-2223超导带材的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于高温超导材料制备技术领域，具体涉及一种B1-2223超导带材的制备方法。
【背景技术】
[0002]B1-2223高温超导体(Bi2Sr2Ca2Cu3Ox)是高温超导材料中最重要的分支，由于其容易加工且具有较高的载流性能，B1-2223带材成为目前最具前途的高温超导材料之一。
[0003]目前粉末装管法(PIT)是制备高性能B1-2223高温超导线带材的主流技术。该技术是将超导前驱粉末装入银管，通过拉拔、组装制备成多芯复合体，再加工到设计的线带材尺寸，然后进行热处理即可得到超导的线带材。
[0004]对于相干长度较小的B1-2223来说，晶粒间的弱连接是B1-2223带材最重要的限流因素。B1-2223超导晶粒之间的夹角大于3°就会形成晶粒弱连接，超导电流很难穿过这些弱连接，导致带材临界电流的下降。采用常规的加工方式制备的带材超导晶粒织构较差，尤其远离银层的B1-2223超导晶粒织构更差，导致B1-2223带材性能很难进一步提高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种B1-2223超导带材的制备方法，该方法能够显著提高B1-2223带材的织构和载流性能。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0007]步骤一、采用振动装管的方法将B1-2223前驱粉末装入一端密封的液压管中，直至液压管中B1-2223前驱粉末的填装密度为1.4g/cm3?1.9g/cm3;
[0008]步骤二、将步骤一中装有B1-2223前驱粉末的液压管的装粉端密封，然后置于等静压机中进行等静压成型，脱除液压管后得到棒坯，之后将所述棒坯装入银管中，将银管两端密封后，得到B1-2223单芯复合体；
[0009]步骤三、对步骤二中所述B1-2223单芯复合体进行拉拔加工，得到单芯线材，然后将多根所述单芯线材集束组装于银合金包套中，拉拔加工后得到B1-2223多芯线材；
[0010]步骤四、将步骤三中所述B1-2223多芯线材置于热处理炉中，向热处理炉内通入氧氩混合气体以排除炉内空气并使炉内氧分压为0.1%?I %，然后将B1-2223多芯线材以50°C /h?100 °C /h的升温速率升温至7 50 °C?800 °C后保温2h?3h，之后随炉冷却至25 °C室温，得到B1-2223超导线材；
[0011]步骤五、对步骤四中所述B1-2223超导线材进行乳制，得到半成品带材；
[0012]步骤六、对步骤五中所述半成品带材进行中间热处理，然后将中间热处理后的半成品带材以20%?30%的道次加工率进行单道次乳制，之后对乳制后的半成品带材进行成品热处理，得到B1-2223超导带材。
[0013]上述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述B1-2223前驱粉末的超导转变温度不大于85K。
[0014]上述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述振动装管的具体过程为:将振动台、银包套和金属漏斗置于充满氧气的手套箱中，将所述银包套安装在振动台上，将所述金属漏斗固定在银包套上并使金属漏斗的下端位于银包套内，然后将B1-2223 前驱粉末倒入金属漏斗中 ，同时启动振动台 ，使B1-2223前驱粉末在振动频率为40Hz?60Hz，振幅为0.5mm?Imm的条件下装入液压管中。
[0015]上述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述半成品带材的宽厚比为13?15。
[0016]上述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述乳制的道次数为I道次?5道次，所述乳制的道次加工率为50 %?90 %，所述乳制的总加工率为90 %?97%。
[0017]上述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述中间热处理的具体过程为:在氧氩混合气体或空气气氛的保护下，将所述半成品带材先以100°c/h?300°C/h的升温速率升温至820°C?840°C后保温30h?100h，然后随炉冷却至25°C室温。
[0018]上述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述成品热处理的具体过程为:在氧氩混合气体或空气气氛的保护下，将乳制后的半成品带材先以100°C/h?300°C/h的升温速率升温至820°C?840°C后保温30h?100h，然后随炉冷却至25°C室温。
[0019]上述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%。
[0020]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0021 ] 1、本发明制备工艺简单，设计合理，制造成本低，推广面大，可用于B1-2223带材的生产。
[0022]2、本发明通过低氧热处理使B1-2223线材中的粉末主相(Bi，Pb)2212中的Pb含量达到最大值，改变了(Bi，Pb)2212晶体结构，通过随后的大道次加工量乳制可以使超导晶粒整齐排列，从而提高了B1-2223带材的织构。另外，晶体结构的改变也会提高芯丝的乳制密度，进而提高B1-2223带材的工程临界电流密度。总之，通过B1-2223带材乳制前的线材前处理可以改善晶粒间的弱连接行为，进一步提高提高了B1-2223带材的载流性能，更利于电缆、磁体或其他领域的应用。
[0023]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
[0025]本实施例B1-2223超导带材的制备方法包括以下步骤:
[0026]步骤一、采用振动装管的方法将B1-2223前驱粉末装入一端密封的液压管中，直至液压管内B1-2223前驱粉末的填装密度为1.9g/cm3;所述B1-2223前驱粉末的超导转变温度不大于85K;所述振动装管的具体过程为:将振动台、银包套和金属漏斗置于充满氧气的手套箱中，将所述银包套安装在振动台上，将所述金属漏斗固定在银包套上并使金属漏斗的下端位于银包套内，然后将B1-2223前驱粉末倒入金属漏斗中，同时启动振动台对液压管进行振动，使B1-2223前驱粉末装入振动的液压管中；所述振动装管的具体工艺参数为:振动频率50Hz，振幅Imm，振动时间I Omin;
[0027]步骤二、将步骤一中装有B1-2223前驱粉末的液压管的装粉端密封，然后置于等静压机中进行等静压成型，脱除液压管后得到棒坯，之后将所述棒坯装入银管中，将银管两端密封后，得到B1-2223单芯复合体；
[0028]步骤三、按常规工艺对步骤二中所述B1-2223单芯复合体进行拉拔加工，得到具有正六边形截面的单芯线材，然后将37根所述单芯线材集束组装于银锰合金包套中，按常规工艺进行拉拔加工，得到具有圆形截面的B1-2223多芯线材；
[0029]步骤四、将步骤三中所述B1-2223多芯线材置于热处理炉中，向炉内通入氧氩混合气体排除炉内空气并使炉内氧分压为0.1%，然后将B1-2223多芯线材以50°C/h的升温速率升温至790°C后保温2h，之后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导线材;所述氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为0.1% ；
[0030]步骤五、对步骤四中所述B1-2223超导线材进行单道次乳制，得到半成品带材;所述半成品带材的宽厚比为15;所述乳制的道次加工率和总加工率均为90%;
[0031]步骤六、对步骤五中所述半成品带材进行中间热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)的保护下将所述半成品带材以300°C/h的升温速率升温至825°C后保温80h，然后随炉冷却至25°C室温;然后将中间热处理后的半成品带材以25%的道次加工率进行单道次乳制，之后对乳制后的半成品带材进行成品热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)保护下将乳制后的半成品带材以300°C/h的升温速率升温至825°C后保温80h，然后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导带材。
[0032]本实施例制备的B1-2223高温超导带材中B1-2223晶粒错配角小于3°的晶粒数提高10%，带材临界电流密度也从常规带材的260A/mm2(77K，自场)提高到300A/mm2(77K，自场)。
[0033]实施例2
[0034]本实施例B1-2223超导带材的制备方法包括以下步骤:
[0035]步骤一、采用振动装管的方法将B1-2223前驱粉末装入一端密封的液压管中，直至液压管内B1-2223前驱粉末的填装密度为1.8g/cm3;所述B1-2223前驱粉末的超导转变温度不大于85K;所述振动装管的具体过程为:将振动台、银包套和金属漏斗置于充满氧气的手套箱中，将所述银包套安装在振动台上，将所述金属漏斗固定在银包套上并使金属漏斗的下端位于银包套内，然后将B1-2223前驱粉末倒入金属漏斗中，同时启动振动台对液压管进行振动，使B1-2223前驱粉末装入振动的液压管中；所述振动装管的具体工艺参数为:振动频率50Hz，振幅1mm，振动时间5min;
[0036]步骤二、将步骤一中装有B1-2223前驱粉末的液压管的装粉端密封，然后置于等静压机中进行等静压成型，脱除液压管后得到棒坯，之后将所述棒坯装入银管中，将银管两端密封后，得到B1-2223单芯复合体；
[0037]步骤三、按常规工艺对步骤二中所述B1-2223单芯复合体进行拉拔加工，得到具有正六边形截面的单芯线材，然后将85根所述单芯线材集束组装于银锰合金包套中，按常规工艺进行拉拔加工，得到具有圆形截面的B1-2223多芯线材；
[0038]步骤四、将步骤三中所述B1-2223多芯线材置于热处理炉中，向炉内通入氧氩混合气体排除炉内空气并使炉内氧分压为I %，然后将B1-2223多芯线材以50 °C/h的升温速率升温至780°C后保温3h，之后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导线材;所述氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为1% ;
[0039]步骤五、对步骤四中所述B1-2223超导线材进行单道次乳制，得到半成品带材;所述半成品带材的宽厚比为15;所述乳制的道次加工率为90% ;
[0040]步骤六、对步骤五中所述半成品带材进行中间热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)保护下将所述半成品带材以300°C/h的升温速率升温至825°C后保温80h，然后随炉冷却至25°C室温;然后将中间热处理后的半成品带材以20%的道次加工率进行单道次乳制，之后对乳制后的半成品带材进行成品热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)保护下将乳制后的半成品带材以300°C/h的升温速率升温至825°C后保温80h，然后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导带材。
[0041 ]本实施例制备的B1-2223高温超导带材中B1-2223晶粒错配角小于3°的晶粒数提高8%，带材临界电流密度也从常规带材的260A/mm2(77K，自场)提高到280A/mm2(77K，自场)。
[0042]实施例3
[0043]本实施例B1-2223超导带材的制备方法包括以下步骤:
[0044]步骤一、采用振动装管的方法将B1-2223前驱粉末装入一端密封的液压管中，直至液压管内B1-2223前驱粉末的填装密度为1.9g/cm3;所述B1-2223前驱粉末的超导转变温度不大于85K;所述振动装管的具体过程为:将振动台、银包套和金属漏斗置于充满氧气的手套箱中，将所述银包套安装在振动台上，将所述金属漏斗固定在银包套上并使金属漏斗的下端位于银包套内，然后将B1-2223前驱粉末倒入金属漏斗中，同时启动振动台对液压管进行振动，使B1-2223前驱粉末装入振动的液压管中；所述振动装管的具体工艺参数为:振动频率50Hz，振幅Imm，振动时间I Omin;
[0045]步骤二、将步骤一中装有B1-2223前驱粉末的液压管的装粉端密封，然后置于等静压机中进行等静压成型，脱除液压管后得到棒坯，之后将所述棒坯装入银管中，将银管两端密封后，得到B1-2223单芯复合体；
[0046]步骤三、按常规工艺对步骤二中所述B1-2223单芯复合体进行拉拔加工，得到具有正六边形截面的单芯线材，然后将121根所述单芯线材集束组装于银锰合金包套中，按常规工艺进行拉拔加工，得到具有圆形截面的B1-2223多芯线材；
[0047]步骤四、将步骤三中所述B1-2223多芯线材置于热处理炉中，向炉内通入氧氩混合气体排除炉内空气并使炉内氧分压为0.1%，然后将B1-2223多芯线材以100°C/h的升温速率升温至750°C后保温2h，之后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导线材;所述氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为0.1% ；
[0048]步骤五、对步骤四中所述B1-2223超导线材进行3道次乳制，得到半成品带材;所述半成品带材的宽厚比为13.5;所述乳制的道次加工率为60%，总加工率为93.6%；
[0049]步骤六、对步骤五中所述半成品带材进行中间热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)保护下将所述半成品带材以300°C/h的升温速率升温至820°C后保温100h，然后随炉冷却至25°C室温;然后将中间热处理后的半成品带材以30%的道次加工率进行单道次乳制，之后对乳制后的半成品带材进行成品热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)保护下将乳制后的半成品带材以300°C/h的升温速率升温至820°C后保温100h，然后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导带材。
[0050]本实施例制备的B1-2223高温超导带材中B1-2223晶粒错配角小于3°的晶粒数提高9%，带材临界电流密度也从常规带材的260A/mm2(77K，自场)提高到290A/mm2(77K，自场)。
[0051 ] 实施例4
[0052]本实施例B1-2223超导带材的制备方法包括以下步骤:
[0053]步骤一、采用振动装管的方法将B1-2223前驱粉末装入一端密封的液压管中，直至液压管内B1-2223前驱粉末的填装密度为1.6g/cm3;所述B1-2223前驱粉末的超导转变温度不大于85K;所述振动装管的具体过程为:将振动台、银包套和金属漏斗置于充满氧气的手套箱中，将所述银包套安装在振动台上，将所述金属漏斗固定在银包套上并使金属漏斗的下端位于银包套内，然后将B1-2223前驱粉末倒入金属漏斗中，同时启动振动台对液压管进行振动，使B1-2223前驱粉末装入振动的液压管中；所述振动装管的具体工艺参数为:振动频率60Hz，振幅1mm，振动时间8min;
[0054]步骤二、将步骤一中装有B1-2223前驱粉末的液压管的装粉端密封，然后置于等静压机中进行等静压成型，脱除液压管后得到棒坯，之后将所述棒坯装入银管中，将银管两端密封后，得到B1-2223单芯复合体；
[0055]步骤三、按常规工艺对步骤二中所述B1-2223单芯复合体进行拉拔加工，得到具有正六边形截面的单芯线材，然后将37根所述单芯线材集束组装于银锰合金包套中，按常规工艺进行拉拔加工，得到具有圆形截面的B1-2223多芯线材；
[0056]步骤四、将步骤三中所述B1-2223多芯线材置于热处理炉中，向炉内通入氧氩混合气体排除炉内空气并使炉内氧分压为0.6%，然后将B1-2223多芯线材以100°C/h的升温速率升温至750°C后保温3h，之后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导线材;所述氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为0.6% ；
[0057]步骤五、对步骤四中所述B1-2223超导线材进行5道次乳制，得到半成品带材;所述半成品带材的宽厚比为15;所述乳制的道次加工率为50%，总加工率为96.9% ;
[0058]步骤六、对步骤五中所述半成品带材进行中间热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)保护下将所述半成品带材以100°C/h的升温速率升温至820°C后保温100h，然后随炉冷却至25°C室温;然后将中间热处理后的半成品带材以30%的道次加工率进行单道次乳制，之后对乳制后的半成品带材进行成品热处理，具体过程为:在氧氩混合气体(该氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%)保护下将乳制后的半成品带材以100°C/h的升温速率升温至820°C后保温100h，然后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导带材。
[0059]本实施例制备的B1-2223高温超导带材中B1-2223晶粒错配角小于3°的晶粒数提高10%，带材临界电流密度也从常规带材的260A/mm2(77K，自场)提高到310A/mm2(77K，自场)。
[0060]实施例5[0061 ]本实施例B1-2223超导带材的制备方法包括以下步骤:
[0062]步骤一、采用振动装管的方法将B1-2223前驱粉末装入一端密封的液压管中，直至液压管内B1-2223前驱粉末的填装密度为1.4g/cm3;所述B1-2223前驱粉末的超导转变温度不大于85K;所述振动装管的具体过程为:将振动台、银包套和金属漏斗置于充满氧气的手套箱中，将所述银包套安装在振动台上，将所述金属漏斗固定在银包套上并使金属漏斗的下端位于银包套内，然后将B1-2223前驱粉末倒入金属漏斗中，同时启动振动台对液压管进行振动，使B1-2223前驱粉末装入振动的液压管中；所述振动装管的具体工艺参数为:振动频率40Hz，振幅Imm，振动时间5min ；
[0063]步骤二、将步骤一中装有B1-2223前驱粉末的液压管的装粉端密封，然后置于等静压机中进行等静压成型，脱除液压管后得到棒坯，之后将所述棒坯装入银管中，将银管两端密封后，得到B1-2223单芯复合体；
[0064]步骤三、按常规工艺对步骤二中所述B1-2223单芯复合体进行拉拔加工，得到具有正六边形截面的单芯线材，然后将121根所述单芯线材集束组装于银锰合金包套中，按常规工艺进行拉拔加工，得到具有圆形截面的B1-2223多芯线材；
[0065]步骤四、将步骤三中所述B1-2223多芯线材置于热处理炉中，向炉内通入氧氩混合气体排除炉内空气并使炉内氧分压为0.5%，然后将B1-2223多芯线材以50°C/h的升温速率升温至750°C后保温3h，之后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导线材;所述氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为0.5% ；
[0066]步骤五、对步骤四中所述B1-2223超导线材进行4道次乳制，得到半成品带材;所述半成品带材的宽厚比为13;所述乳制的道次加工率为50%，总加工率为93.8% ;
[0067]步骤六、对步骤五中所述半成品带材进行中间热处理，具体过程为:在空气气氛下将所述半成品带材以200°C/h的升温速率升温至830°C后保温50h，然后随炉冷却至25°C室温;然后将中间热处理后的半成品带材以25%的道次加工率进行单道次乳制，之后对乳制后的半成品带材进行成品热处理，具体过程为:在空气气氛下将乳制后的半成品带材以200°C/h的升温速率升温至830°C后保温50h，然后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导带材。
[0068]本实施例制备的B1-2223高温超导带材中B1-2223晶粒错配角小于3°的晶粒数提高6 %，带材临界电流密度也从常规带材的2 6 O A/mm2 (7 7K，自场)提高到2 7 O A/mm2 (7 7K，自场)。
[0069]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、采用振动装管的方法将B1-2223前驱粉末装入一端密封的液压管中，直至液压管中B1-2223前驱粉末的填装密度为1.4g/cm3?1.9g/cm3 ； 步骤二、将步骤一中装有B1-2223前驱粉末的液压管的装粉端密封，然后置于等静压机中进行等静压成型，脱除液压管后得到棒坯，之后将所述棒坯装入银管中，将银管两端密封后，得到B1-2223单芯复合体； 步骤三、对步骤二中所述B1-2223单芯复合体进行拉拔加工，得到单芯线材，然后将多根所述单芯线材集束组装于银合金包套中，拉拔加工后得到B1-2223多芯线材； 步骤四、将步骤三中所述B1-2223多芯线材置于热处理炉中，向热处理炉内通入氧氩混合气体以排除炉内空气并使炉内氧分压为0.1%?I %，然后将B1-2223多芯线材以50°C/h?100°C/h的升温速率升温至750°C?800°C后保温2h?3h，之后随炉冷却至25°C室温，得到B1-2223超导线材； 步骤五、对步骤四中所述B1-2223超导线材进行乳制，得到半成品带材； 步骤六、对步骤五中所述半成品带材进行中间热处理，然后将中间热处理后的半成品带材以20%?30%的道次加工率进行单道次乳制，之后对乳制后的半成品带材进行成品热处理，得到B1-2223超导带材。2.根据权利要求1所述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述B1-2223前驱粉末的超导转变温度不大于85K。3.根据权利要求1所述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述振动装管的具体过程为:将振动台、银包套和金属漏斗置于充满氧气的手套箱中，将所述银包套安装在振动台上，将所述金属漏斗固定在银包套上并使金属漏斗的下端位于银包套内，然后将B1-2223前驱粉末倒入金属漏斗中，同时启动振动台，使B1-2223前驱粉末在振动频率为40Hz?60Hz，振幅为0.5mm?Imm的条件下装入液压管中。4.根据权利要求1所述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述半成品带材的宽厚比为13?15。5.根据权利要求1所述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述乳制的道次数为I道次?5道次，所述乳制的道次加工率为50 %?90 %，所述乳制的总加工率为90%?97%。6.根据权利要求1所述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述中间热处理的具体过程为:在氧氩混合气体或空气气氛的保护下，将所述半成品带材先以100°C/h?300°C/h的升温速率升温至820°C?840°C后保温30h?100h，然后随炉冷却至25°C室温。7.根据权利要求1所述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述成品热处理的具体过程为:在氧氩混合气体或空气气氛的保护下，将乳制后的半成品带材先以100 °C/h?300 °C/h的升温速率升温至820 °C?840 °C后保温30h?10h，然后随炉冷却至25 °C室温。8.根据权利要求6或7所述的一种B1-2223超导带材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述氧氩混合气体中氧气的质量百分含量为7.8%。
【文档编号】B21B1/22GK105869777SQ201610340848
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】郝清滨, 李成山, 刘国庆, 徐晓燕, 焦高峰, 郑会玲, 张胜楠, 马小波, 李高山, 熊晓梅, 冯建情, 崔立军, 闫果, 张平祥
【申请人】西北有色金属研究院