一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法，包括如下步骤：加工无氧铜单芯锭包套，无氧铜复合包套；将Nb阻隔层均匀包裹在NbTi锭周围，并放入无氧铜单芯锭包套内，并进行真空电子束焊接，得到NbTi单芯锭，对NbTi单芯锭进行超导感应加热，得到NbTi单芯棒；将多根NbTi单芯棒及相同规格的无氧铜棒均匀排布在无氧铜复合包套内，进行真空电子束焊接，得到NbTi复合锭，对NbTi复合锭进行超导感应加热，并反向挤压得到NbTi复合棒；对NbTi复合棒采用水平拉伸和垂直拉伸相结合的方式，获得NbTi复合裸线；将NbTi复合裸线涂漆绝缘，获得用于无液氦磁体的NbTi超导线材。该方法从原料、设计、加工工艺及漆包绝缘方面进行优化，极大提升了超导线材自身的导热性能。大提升了超导线材自身的导热性能。大提升了超导线材自身的导热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法


[0001]本专利技术属于超导材料
，涉及一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球医疗水平的不断提升，核磁共振成像仪(MRI)的安装普及也从发达国家向发展中国家拓展。国内也开始从省会、地市级城市向县乡级发展。对于常规的1.5T(特斯拉，磁场单位)MRI设备，其超导磁体运行必须浸泡在2000升液氦环境中，而液氦作为稀缺战略资源，基本依靠进口。另一方面每升液氦的价格在上百元人民币，定期维保补充液氦对于医院的成本压力较大，同时维护过程中还会影响到医院的正常检测治疗。因此各大MRI研发及制造企业从客户使用需求及降成本等多个因素综合出发，开始无液氦超导磁体的研制工作。
[0003]对于无液氦超导磁体来说，其研制最大的难点之一就是超导线圈的热传导问题，该问题同样也对超导线材制备提出了更严格的要求。对于常规的Wire in channel(WIC)NbTi超导线，考虑到以下几点因素：1.线材铜比普遍偏大，实现相同载流时对应的线材体积较大，因此冷却及散热时需求的液氦量也较大；2.采用涤纶丝进行编织绝缘，厚度偏厚，且致密性一般，不利于线材匝与匝，层与层间的热传导。因此常规WIC超导线在导热方面的不足限制了其在无液氦磁体领域的批量化应用。对于常规的NbTi涂漆线材，考虑到以下几点：1.线材NbTi芯丝一般是由内到外均匀分布，特别是中心区域的芯丝，散热及热量传输相对受阻。2.线材一般采用铜比为0.5的NbTi单芯棒，导致单个NbTi芯丝周围的铜层较薄，热量传输通道相对较窄，不利于热量的快速传输。3.超导线材涂漆绝缘一般采用传统的缩醛漆，其在低温下优异的绝缘性也意味着相对较差的导热性。综合以上原因，开发一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法，该方法从原料、设计、加工工艺及漆包绝缘等方面进行优化，极大提升了超导线材自身的导热性能。采用该工艺加工出来的NbTi超导线不仅在低温下导热性能优异，而且生产效率高，还可以根据客户批量化需求进行定制设计，可满足不同客户对于无液氦磁体用超导线材的特殊需求。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]S1、加工无氧铜单芯锭包套及其两端配套的上、下盖，无氧铜复合包套及其两端配套的上、下盖；
[0008]S2、将Nb阻隔层均匀包裹在NbTi锭周围，并放入无氧铜单芯锭包套内，将无氧铜单芯锭包套两端配套上、下盖，并进行真空电子束焊接，得到NbTi单芯锭，对NbTi单芯锭进行
超导感应加热，保温结束后对NbTi单芯锭进行反向挤压，得到NbTi单芯棒；
[0009]S3、将多根NbTi单芯棒及相同规格的无氧铜棒均匀排布在无氧铜复合包套内，其中，多根NbTi单芯棒从靠近包套内壁的最外层开始向内排布，将无氧铜复合包套两端配套上、下盖，并进行真空电子束焊接，得到NbTi复合锭，对NbTi复合锭进行超导感应加热，保温结束后对NbTi复合锭进行反向挤压得到NbTi复合棒；
[0010]S4、对NbTi复合棒采用水平拉伸和垂直拉伸相结合的方式，获得NbTi复合裸线；
[0011]S5、将NbTi复合裸线采用“薄层多涂”的涂漆绝缘工艺，最终获得用于无液氦磁体的NbTi超导线材。
[0012]进一步地，所述S1中加工无氧铜单芯锭包套及其两端配套的上、下盖，无氧铜复合包套及其两端配套的上、下盖采用6N级别的高纯无氧铜原料，纯度要求＞99.9999％。
[0013]进一步地，所述S2中Nb阻隔层的厚度为0.3mm，NbTi锭的的直径为Φ143.2mm，长度≤1200mm，无氧铜单芯锭包套的外径为Φ250.0mm，内径为Φ144.5mm，所述NbTi单芯锭的铜比为0.9～1.1。
[0014]进一步地，所述S3中NbTi单芯棒的排布靠近无氧铜复合包套内壁，保证NbTi复合线拉伸至Φ1.000mm规格时，NbTi芯丝与线材外侧无氧铜壳的最短间距＜25μm。
[0015]进一步地，所述S2中对NbTi单芯锭和S3对NbTi复合锭进行超导感应加热的空间中磁感应强度为0.4～0.5T，感应加热保温温度控制在740℃～760℃，加热过程中NbTi单芯锭的转速为300r/min；对NbTi单芯锭和NbTi复合锭进行反向挤压，挤压过程速率控制在40～60mm/s。
[0016]进一步地，所述S3中NbTi单芯棒的数量为36～180，对应的复合锭铜比范围为5～7。
[0017]进一步地，所述S4中当NbTi复合棒直径＞Φ10mm时，采用模具水平拉伸方式；当NbTi复合棒直径≤Φ10mm时，采用垂直拉伸方式，垂直拉伸中采用压力拉拔的方式提高线材变形的均匀性。
[0018]进一步地，所述S5的涂漆绝缘工艺通过16～20道模具涂漆过程，漆层总厚度为0.05～0.10mm，涂漆后线材整体尺寸精度控制在
±
0.003mm。
[0019]进一步地，所述S5中涂漆过程采用新型填料改性缩醛漆。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1.本专利技术要求了NbTi线材中高纯无氧铜原料的纯净度，从原料源头避免了杂质引入对线材导热性能的影响，产品要求无氧铜纯度必须达到6N级别，相比常规使用的高纯无氧铜材料，6N级别的铜材在低温下电阻更小，更有利于热量传输，有力保证了无液氦磁体的稳定运行；
[0022]2.本专利技术中NbTi单芯锭组装采用厚壁铜管，保证最终成型的NbTi单芯棒中NbTi芯丝周围有充足的铜层包裹，为热量传输提供了有效通道，从而避免热量聚集，有利于提高超导线材的导热性能；
[0023]3.本专利技术中挤压过程采用“超导感应加热+反向挤压”的方式，超导感应加热频率极低(加热频率最低可达5Hz)，对应的感应电流穿透深度深，可直接加热至锭坯芯部，且有效控制芯表温度差异(控制在10℃以内)，在保证物料加热均匀的前提下，大幅提高超导锭坯加热的效率，反向挤压方式下锭坯与挤压筒间无相对运动，因此无外摩擦力，挤压后产品
芯丝变形整体均匀，成品率高。相比于常规挤压工艺，“超导感应加热+反向挤压”的方式工艺成本低，生产效率高，最关键的是线材芯丝变形均匀，有效提高了线材超导电性能的稳定性；
[0024]4.本专利技术中复合锭坯组装采用薄壁包套，并将NbTi单芯棒均匀分布在包套内壁附近，使得最终制备的线材NbTi芯丝分布相对分散，且靠近线材边部，有利于超导线材中NbTi芯丝与基底高纯无氧铜间的热量交换，有效提高超导线材的热稳定性。该工艺下，线材拉伸至Φ1.000mm规格时，对应最外层芯丝距包套铜层的最小距离≤25μm；常规工艺下，NbTi单芯棒一般由内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、加工无氧铜单芯锭包套及其两端配套的上、下盖，无氧铜复合包套及其两端配套的上、下盖；S2、将Nb阻隔层均匀包裹在NbTi锭周围，并放入无氧铜单芯锭包套内，将无氧铜单芯锭包套两端配套上、下盖，并进行真空电子束焊接，得到NbTi单芯锭，对NbTi单芯锭进行超导感应加热，保温结束后对NbTi单芯锭进行反向挤压，得到NbTi单芯棒；S3、将多根NbTi单芯棒及相同规格的无氧铜棒均匀排布在无氧铜复合包套内，其中，多根NbTi单芯棒从靠近包套内壁的最外层开始向内排布，将无氧铜复合包套两端配套上、下盖，并进行真空电子束焊接，得到NbTi复合锭，对NbTi复合锭进行超导感应加热，保温结束后对NbTi复合锭进行反向挤压得到NbTi复合棒；S4、对NbTi复合棒采用水平拉伸和垂直拉伸相结合的方式，获得NbTi复合裸线；S5、将NbTi复合裸线采用“薄层多涂”的涂漆绝缘工艺，最终获得用于无液氦磁体的NbTi超导线材。2.根据权利要求1所述的一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法，其特征在于，所述S1中加工无氧铜单芯锭包套及其两端配套的上、下盖，无氧铜复合包套及其两端配套的上、下盖采用6N级别的高纯无氧铜原料，纯度要求＞99.9999％。3.根据权利要求1所述的一种用于无液氦超导磁体的NbTi超导线材制备方法，其特征在于，所述S2中Nb阻隔层的厚度为0.3mm，NbTi锭的的直径为Φ143.2mm，长度≤1200mm，无氧铜单芯锭包套的外径为Φ250.0mm，内径为Φ144.5mm，所述NbTi单芯锭的铜比为0.9～1.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭强，张凯林，李轶媛，朱燕敏，王瑞龙，周子敬，李建峰，刘向宏，杜予晅，冯勇，张平祥，
申请(专利权)人：西部超导材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：