使用电解还原和渗透的超导体材料的制造方法技术

由金属化合物或者金属化合物的混和物粉浆浇铸或者压制，并在空气，真空，或者惰性气氛中烧结制成预制件（２８），并将这种预制件在熔融盐槽（２０）中电解还原，制成多孔的金属或者合金制品。该合金是固态多孔海绵金属的形式。在槽（２０）中，所述盐与熔融渗透材料（２４）的储器（２６）相接触。在电解还原完成之后，将这种多孔制品移到渗透材料中，渗透材料会代替盐而填满其中的孔隙。然后为作进一步的材料处理，将渗透后的制品固化。这种海绵金属材料优选的包含铌，渗透液体是例如熔融的锡。这种渗透后的铌海绵金属可以进一步处理制成Ａ－１５类型的超导体材料，例如Ｎｂ３Ａｌ和Ｎｂ３Ｓｎ。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造材料尤其是制造超导体材料的方法和装置。
技术介绍
有强烈的商业原因推动具有高超导参数，例如临界电流密度JC，临界温度TC和上临界场HC2的超导体材料的发展。这些材料在例如核磁共振(NMR)和核磁成像(NMI)的磁体以及无致冷剂磁体中找到了应用。对于这些材料的微结构上的要求是非常严格的，针对提高材料性能，例如包括机械和电性能，以及制造上的便利和成本的问题，已经发展了许多的方法和许多的合金或者化合物。一种重要的超导体材料是Nb3Al，其形成一种A15超导相，作为示例，制造这种材料的方法包括如下几种制造方法可以分成三类低温，高温和相变法。在每种情形中，首先将A15 Nb3Al纤丝处理成具有最终尺寸和组合组分的纤丝，然后将其进行加热处理，形成A15相。低温法低温(＜1000℃)处理可以保证Nb3Al的晶粒尺寸不会变得太粗糙，因为Nb/Al组分在扩散同时的直接反应抑制了Nb3Al晶粒的生长。但是，在低温下，存在从A15化学计量比的偏移，从而影响高场下的性能，尤其是JC。低温法包括如下类型。叠层卷制法(Jelly-roll，JR)-将Nb箔或Al箔交替缠绕到一个铜棒上，并将其插入到在铜基体上钻出的孔中，然后拉制成最终尺寸的纤丝。管中棒法(Rod-in-tube，RIT)-将一种合金棒插入到一个Nb管中，然后拉出。三次叠加操作得到所希望的与Al层的芯径相匹配的100nm的芯直径。包覆片挤制法(Clad chip extrusion，CCE)-将Al/Nb/Al的三层包覆的箔片切成小方片，然后将它们装到一个容罐中进行挤制。粉末冶金法(Powder metallurgy，PM)-将Nb粉和Al粉的氢化物和脱氢化物的混和物装入一个铜管容器中，这样可以将其挤制并拉成单丝线。一束这些单丝线可以得到100nm厚的Al层。尽管在横截面积上存在不同，对所有的这些方法来讲，JC-磁场曲线是非常相似的。对于制造长段纤丝，JR法具有轻微的优势。高温法在低温下，Nb3Al相将不是完全按化学计量比的。然而，在高温(＞1800℃)下，借助激光或者电子束辐照的Nb/Al复合物的扩散反应可以形成化学计量比的A15相。在～700℃下退火可提高长程有序性，这样TC和HC2更好。不幸的是，高温会在导体中导致非常糙的晶粒，因而破坏低场性能。相变法在最近几年专利技术的这种方法包括将快速淬火和退火相结合。将Nb/Al复合物从1900℃淬火制成一种bcc的过饱和固溶体Nb(Al)ss，然后在低于1000℃的温度下进行相变退火。这种方法制得的Nb3Al是高度化学计量比的，并具有精细的晶粒结构，所以，在低场和高场下都有高的JC。所知的最普通的相变处理方法如快速加热，淬火和相变法(RHQT)，其可以制出长度达到几百米长的导体。专利技术简述本专利技术提供制造在所附独立权利要求中所定义的材料的方法和装置。在从属权利要求中列出了本专利技术的优选的或者有利的特征。本专利技术采用一种在熔融盐中通过直接电化学还原或者电解分解作用从固态化合物中提取金属和合金的方法作为制造材料的一系列步骤中的一步，上述方法被称为Fray-Farthing-Chen Cambridge法(FFC)。在本申请人的以前的国际专利申请PCT/GB99/01781中描述了这种FFC法，这里将其作为参考。FFC法允许在一种熔融盐中通过电解分解作用对一种固态材料进行处理，以将某特定物质从这种固态材料中去除，这种固态材料可以是一种金属(或者半金属)和这种物质(如阴离子物质)的混和物，或者是这种物质在此金属中的固溶体。在此法完成之后，这种固态材料转变成为所述的金属。可供选择的，如果这种固态材料包含不只一种金属，例如是金属化合物的混和物，或者是金属和金属化合物的混和物，或者是包含金属化合物的固溶体，那么，在本方法完成之后，得到的是这些金属的合金或者金属间化合物。FFC法的制品一般是多孔的，在本专利技术的方法中，接下来要用一种元素，金属或者合金对该制品进行渗透，一般是一种液体，制备出一种能够使用或者可以进一步加工成一种制品的材料。在一个优选的实施方案中，本专利技术对于制造超导体是尤其有效的。例如，如果在包含Nb2O5和TiO2的粉状混和物的预制件上应用FFC法，可以制得NbTi多孔样品。然后可以将其用熔融Al渗透，制备出一种通过进一步的处理的材料，例如变形和热处理，该材料可制得一种高性能超导体的材料，其优势在于比传统的方法成本低。在一个可供选择的实施方案中，在包含Nb和Sn氧化物的粉状混和物的预制件上应用FFC法。然后制得一种Nb3Sn超导体。这样，有利的，本专利技术提供一种制造Nb基超导体的包含如下四步的方法1)将Nb基化合物电化学还原，2)用Al基合金(或者任何其它元素或者合金，以形成金属间化合物或者人工钉轧中心[APCs])进行渗透，3)变形，和4)反应形成一种金属间化合物层，然后进行绝缘化处理。当然，本专利技术的这种方法适合于任何适用的起始材料或多种材料，不仅仅是Nb和Al。另外，要注意，本专利技术尤其涉及到上面列出的步骤1和2，步骤3和4可以用任何适当的超导体制造技术来代替。还应该注意的是，本专利技术不局限在超导体的制造领域内，而是主要涉及到对FFC法制备的多孔材料进行渗透的技术。FFC法是非常灵活的，可以制造很多的金属，半金属，合金和金属间化合物，包括用其它方法很难制造的材料。用金属或者其它材料对一般是多孔的的FFC法制品进行渗透的附加的新颖步骤是有利的，其允许制造多种多样的新型的而且有用的材料的组成和微观结构。这种渗透步骤可以异位进行或者优选的原位进行。FFC法能够制得浸渍在熔融盐中的多孔合金或者金属间化合物。在原位方法中，这种熔融盐装在一个槽里，槽中还装有用于渗透的熔融材料。这种渗透材料通常比所述盐的密度大，此时，盐将浮在渗透材料的上面。在完成了FFC法之后，将多孔样品从盐中直接移到渗透材料中，渗透材料将代替熔融盐渗透到多孔样品中。如果渗透材料的密度比熔融盐的小，渗透材料就浮在盐的上面，但只要在二者间的界面处有接触，多孔样品就能从盐中直接移到渗透材料中，有利的，这样可以避免与其它物质接触。在一个可供选择的原位渗透方案中，可以通过移动盐与渗透材料间的界面来在渗透材料中浸渍多孔样品，而不是移动多孔样品。例如，在FFC法完成之后，用渗透材料注满装有盐的槽，以代替盐，或在槽中同时包含盐和渗透材料，可以移动槽，而不是多孔样品。在异位渗透中，熔融的渗透材料与熔融盐分开装在一个槽中，为了渗透，将多孔样品从一个槽移到另一个槽中。如果此步在一种氧化气氛中进行，多孔样品可能发生不利的氧化。可以采用一种惰性气氛来缓和这种问题，但与用原位法相比可能的多孔样品的污染要多得多。在一个可供选择的异位法方案中，在FFC法完成之后，将多孔样品从熔融盐中取出，并允许在熔融盐的上方，优选的于一种惰性气氛或者在真空中冷却。取出样品后，在样品孔隙中的大多数或者全部的金属都留了下来，并固化。然后将样品转移到一个熔融渗透材料池中，样品在这里被浸渍，所述的盐熔融并被渗透到样品中渗透材料所代替。这种方案的优点是固化在样品孔隙中的盐在转移到浸渍材料中的过程中有助于保护样品的表面不被污染和氧化。在本专利技术的各种实施方案中，其中的渗透材料对FFC制品的浸润性要比熔融盐好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种材料制造方法，包括步骤：通过在熔融盐中的电解分解，制备金属或者半金属或者其合金或者其金属间化合物的固态多孔样品；并将该多孔样品用另外的材料渗透。

【技术特征摘要】
GB 2001-10-10 0124303.91.一种材料制造方法，包括步骤通过在熔融盐中的电解分解，制备金属或者半金属或者其合金或者其金属间化合物的固态多孔样品；并将该多孔样品用另外的材料渗透。2.权利要求1中的方法，其中用于电解分解的预制件由一种或者多种固态金属或者半金属化合物或者固溶体制成，或者由这些中的一种或多种与一种或多种金属的混和物制成。3.权利要求1或者2中的方法，其中渗透步骤将多孔样品的孔隙填充制成一种基本上固态的材料。4.权利要求1，2或者3中的方法，其中渗透材料是一种液体，且渗透步骤包括将样品从熔融盐中移出，并浸渍到渗透液体中。5.权利要求4中的方法，其中在从熔融盐中移出时将样品冷却，将固化的盐留在样品的孔隙中。6.权利要求1，2或者3中的方法，其中，渗透材料是一种液体，且渗透步骤包括将样品从...

【专利技术属性】
技术研发人员：GZ陈，DJ弗雷，BA格洛瓦基，颜晓勇，
申请(专利权)人：剑桥大学技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]