一种梯度组装优化Bi2212线材加工均匀性的方法与流程

一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法
技术领域
1.本发明属于线材加工技术领域，具体涉及一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法。


背景技术：

2.bi2212高温超导线材优异的宏观载流性能是其能够应用于大型高场磁体的前提，而其长线中整体的加工均匀性以及载流性能的稳定性则是其能否工程化应用的关键。bi2212线材良好的加工均匀性是保证bi2212长线线材宏观载流性能稳定与否的关键因素之一，同时良好的线材加工均匀性亦是线材在高压热处理过程中不发生渗漏尤其是点渗漏的重要保证。因此，bi2212线材良好的加工均匀性对促进其在未来大型高场磁体中的实际工程化应用具有重要意义。
3.目前bi2212传统的加工工艺为多次集束拉拔，此集束工艺使用的二次线线材相同，即线材的银超比相同。但受制于拉拔本身的加工工艺，加工过程中线材内外圈的拉拔轴向应力存在内圈高、外圈低的本征差异，导致内外圈线材协同变形性差。


技术实现要素：

4.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，提供一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法。该方法通过设计不同银超比bi2212二次线的“梯度组装”工艺，形成高银超比bi2212二次线在内圈、低银超比bi2212二次线在外圈的特殊梯度结构，调整了内圈至外圈bi2212二次线的塑性变形与其轴向应力的匹配性，改善了内圈至外圈bi2212二次线的协同变形性，从本征上优化了bi2212线材的加工均匀性。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法，其特征在于，该方法在bi2212线材常规加工工艺的二次组装过程中，采用梯度组装的方法，按照银超比梯度降低的规律将bi2212二次线从内圈至外圈逐圈排布。
6.本发明基于拉拔加工过程的本征应力分布特性，在bi2212线材常规加工工艺的二次组装过程中，通过设计不同银超比bi2212二次线的“梯度组装”工艺，按照银超比梯度降低的规律将bi2212二次线从内圈至外圈逐圈排布，形成高银超比bi2212二次线在内圈、低银超比bi2212二次线在外圈的特殊梯度结构，以符合后续拉拔加工过程中拉拔轴向应力的内圈高、外圈低的本征差异，调整了内圈至外圈bi2212二次线的塑性变形与其轴向应力的匹配性，改善了内圈至外圈bi2212二次线的协同变形性，从本征上优化了bi2212线材的加工均匀性。
7.本发明中的bi2212线材常规加工工艺是基于粉末装管法，结合多次组装和技术拉拔的加工方法，具体过程为：(1)采用粉末装管法，将bi2212前驱体粉末装入一次套管中，经多次拉拔得到bi2212一次线；(2)将多根bi2212一次线装入到二次套管中后集束拉拔，得到bi2212二次线；(3)将多根bi2212二次线装入三次套管中后集束拉拔，得到bi2212线材。其中，bi2212二次线为多根bi2212一次线经一次组装后集束拉拔制备的一级多芯线，一级多
芯线的常规组装结构有(1 6 12 18)芯、(1 6 12 18 18)芯等；bi2212线材为多根bi2212二次线经二次组装后集束拉拔制备的二级多芯线，二级多芯线的常规结构有(1 6 12 18)
×
(1 6 12)芯、(1 6 12 18 18)
×
(1 6 12)芯等。
8.上述的一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
9.步骤一、按照bi2212线材常规加工工艺制备2种以上具备不同银超比且横截面形状、尺寸相同的bi2212二次线；
10.步骤二、将与步骤一中制备的bi2212二次线横截面形状、尺寸相同的银棒作为内芯，将步骤一中制备的bi2212二次线按照银超比梯度降低的规律从内圈至外圈逐圈排布在内芯的外周，然后整体装入到三次套管中，得到二次组装复合体；
11.步骤三、将步骤二中得到的二次组装复合体进行多次拉拔，得到bi2212线材。
12.本发明在bi2212线材常规加工工艺的二次组装过程中，将与bi2212横截面形状、尺寸相同的银棒作为内芯，并依次将bi2212二次线按照银超比梯度降低的规律从内圈至外圈逐圈排布在内芯的外周，得到二次组装复合体，经多次拉拔后得到bi2212线材，根据拉拔过程中线材内圈轴向应力大，外圈轴向应力小的本征受力特性，对线材内外圈的银超比进行相应调整，从而改善了内圈至外圈bi2212二次线的塑性变形与其轴向应力的匹配性，优化了bi2212线材的加工均匀性。
13.上述的一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法，其特征在于，步骤一中所述银超比是指bi2212二次线中银与超导材料的横截面面积比例。
14.上述的一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法，其特征在于，步骤一中制备的bi2212二次线中不同银超比的梯度差异不小于10％。通过上述限定，增强了bi2212二次线梯度组装改善拉拔过程中内外圈协调变形均匀及匹配性的效果，大大提高了bi2212线材的加工均匀性。
15.上述的一种梯度组装优化bi2212线材加工均匀性的方法，其特征在于，步骤二中所述银棒的数量为1根，银棒的周围排布有由6根高银超比bi2212二次线组成的内圈，且外圈的周围排布有由12根低银超比bi2212二次线组成的外圈。
16.本发明与现有技术相比具有以下优点：
17.1、本发明通过设计不同银超比bi2212二次线的“梯度组装”工艺，形成高银超比bi2212二次线在内圈、低银超比bi2212二次线在外圈的特殊梯度结构，调整了内圈至外圈bi2212二次线的塑性变形与其轴向应力的匹配性，改善了内圈至外圈bi2212二次线的协同变形性，从本征上优化了bi2212线材的加工均匀性。
18.2、本发明选择与bi2212二次线横截面形状和尺寸相同的银棒作为内芯，并将bi2212二次线逐圈梯度组装在内芯的外圈，整体优化了bi2212二次线之间以及bi2212二次线与银棒之间的协同变形性，提高了从内芯至内圈再至外圈bi2212二次线的塑性变形与其轴向应力的匹配性，进一步优化了bi2212线材的加工均匀性。
19.3、本发明通过梯度组装优化了bi2212线材的加工均匀性，有利于提高bi2212线材中整体芯丝的变形均匀性，且操作简单，成本低，可实施性强，在bi2212线材加工过程中具有良好的应用优势和工程化前景，有望进一步推动bi2212线材在未来大型高场磁体中的应用进程。
20.下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
21.图1a为本发明实施例1制备的bi2212线材的横截面结构图。
22.图1b为本发明对比例1制备的bi2212线材的横截面结构图。
23.图2a为本发明实施例2制备的bi2212线材的横截面结构图。
24.图2b为本发明对比例2制备的bi2212线材的横截面结构图。
25.图3a为本发明实施例3制备的bi2212线材的横截面结构图。
26.图3b为本发明对比例3制备的bi2212线材的横截面结构图。
27.图4a为本发明实施例4制备的bi2212线材的横截面结构图。
28.图4b为本发明对比例4制备的bi2212线材的横截面结构图。
29.图5a为本发明实施例5制备的bi2212线材的横截面结构图。
30.图5b为本发明对比例5制备的bi2212线材的横截面结构图。
具体实施方式
31.本发明实施例1～实施例5和对比例1～对比例5中所述的银超比是指bi2212二次线中银与超导材料的横截面面积比例。
32.实施例1
33.本实施例包括以下步骤：
34.步骤一、按照bi2212线材常规加工工艺分别制备具银超比为2.12、2.02且横截面形状、尺寸相同的bi2212二次线；
35.步骤二、将1根与步骤一中制备的bi2212二次线横截面形状、尺寸相同的银棒作为内芯，将6根步骤一中制备的银超比为2.12的bi2212二次线排布在内芯的外周形成内圈，将12根步骤一中制备的银超比为2.02的bi2212二次线排布在内圈的外周，然后整体装入三次套管中，得到二次组装复合体；
36.步骤三、将步骤二中得到的二次组装复合体进行多次拉拔，得到直径2.02mm的bi2212线材。
37.对比例1
38.本对比例包括以下步骤：
39.步骤一、按照bi2212线材常规加工工艺分别制备具银超比为2.12、2.02且横截面形状、尺寸相同的bi2212二次线；
40.步骤二、将1根与步骤一中制备的bi2212二次线横截面形状、尺寸相同的银棒作为内芯，将6根步骤一中制备的银超比为2.02的bi2212二次线排布在内芯的外周形成内圈，将12根步骤一中制备的银超比为2.12的bi2212二次线排布在内圈的外周，然后整体装入三次套管中，得到二次组装复合体；
41.步骤三、将步骤二中得到的二次组装复合体进行与实施例1相同的多次拉拔，得到直径2.02mm的bi2212线材。
42.图1a为本发明实施例1制备的bi2212线材的横截面结构图，图1b为本发明对比例1制备的bi2212线材的横截面结构图，将图1a与图1b进行比较可知，与对比例1以低银超比
bi2212二次线为内圈、高银超比bi2212二次线为外圈组装后制备的bi2212线材相比，实施例1以高银超比bi2212二次线为内圈、低银超比bi2212二次线为外圈组装后制备的bi2212线材中由6根bi2212二次线形成的内芯的六边形整体保持得更好，且bi2212线材中整体的芯丝均匀性更好，具备更好的加工均匀性。
43.实施例2
44.本实施例包括以下步骤：
45.步骤一、按照bi2212线材常规加工工艺分别制备具银超比为2.25、2.08且横截面形状、尺寸相同的bi2212二次线；
46.步骤二、将1根与步骤一中制备的bi2212二次线横截面形状、尺寸相同的银棒作为内芯，将6根步骤一中制备的银超比为2.25的bi2212二次线排布在内芯的外周形成内圈，将12根步骤一中制备的银超比为2.08的bi2212二次线排布在内圈的外周，然后整体装入三次套管中，得到二次组装复合体；
47.步骤三、将步骤二中得到的二次组装复合体进行多次拉拔，得到直径1.00mm的bi2212线材。
48.对比例2
49.本对比例包括以下步骤：
50.步骤一、按照bi2212线材常规加工工艺制备具银超比为2.08的bi2212二次线；
51.步骤二、将1根与步骤一中制备的bi2212二次线横截面形状、尺寸相同的银棒作为内芯，将6根步骤一中制备的银超比为2.08的bi2212二次线排布在内芯的外周形成内圈，将12根步骤一中制备的银超比为2.08的bi2212二次线排布在内圈的外周，然后整体装入三次套管中，得到二次组装复合体；
52.步骤三、将步骤二中得到的二次组装复合体进行与实施例2相同的多次拉拔，得到直径1.00mm的bi2212线材。
53.图2a为本发明实施例2制备的bi2212线材的横截面结构图，图2b为本发明对比例2制备的bi2212线材的横截面结构图，将图2a与图2b进行比较可知，与对比例2以相同银超比bi2212二次线为内圈和外圈组装后制备的bi2212线材相比，实施例2以高银超比bi2212二次线为内圈、低银超比bi2212二次线为外圈组装后制备的bi2212线材中芯丝均匀性更好，bi2212线材中整体的芯丝具备更好的加工均匀性。
54.实施例3
55.本实施例与实施例2的区别之处为：步骤三中经多次拉拔得到直径0.81mm的bi2212线材。
56.对比例3
57.本对比例与对比例2的区别之处为：步骤三中经多次拉拔得到直径0.81mm的bi2212线材。
58.图3a为本发明实施例3制备的bi2212线材的横截面结构图，图3b为本发明对比例3制备的bi2212线材的横截面结构图，将图3a与图3b进行比较可知，与对比例3以相同银超比bi2212二次线为内圈和外圈组装后制备的bi2212线材相比，实施例3以高银超比bi2212二次线为内圈、低银超比bi2212二次线为外圈组装后制备的bi2212线材中芯丝均匀性明显提高，bi2212线材中整体的芯丝的加工均匀性明显更优。
59.将图2a～图2b、图3a～图3b进行比较可知，本发明的梯度组装的加工均匀性在bi2212线材直径更小时优势更为明显，而线材直径更小且加工均匀性更好的bi2212线材的交流损耗更小，弯曲曲率更高，进一步地提高了bi2212线材的性价比。
60.实施例4
61.本实施例包括以下步骤：
62.步骤一、按照bi2212线材常规加工工艺分别制备具银超比为2.51、1.94且横截面形状、尺寸相同的bi2212二次线；
63.步骤二、将1根与步骤一中制备的bi2212二次线横截面形状和尺寸相同的银棒作为内芯，将6根步骤一中制备的银超比为2.51的bi2212二次线排布在内芯的外周形成内圈，将12根步骤一中制备的银超比为1.94的bi2212二次线排布在内圈的外周，然后整体装入三次套管中，得到二次组装复合体；
64.步骤三、将步骤二中得到的二次组装复合体进行多次拉拔，得到直径1.00mm的bi2212线材。
65.对比例4
66.本对比例包括以下步骤：
67.步骤一、按照bi2212线材常规加工工艺制备具银超比为1.94的bi2212二次线；
68.步骤二、将1根与步骤一中制备的bi2212二次线横截面形状和尺寸相同的银棒作为内芯，将6根步骤一中制备的银超比为1.94的bi2212二次线排布在内芯的外周形成内圈，将12根步骤一中制备的银超比为1.94的bi2212二次线排布在内圈的外周，然后整体装入三次套管中，得到二次组装复合体；
69.步骤三、将步骤二中得到的二次组装复合体进行与实施例1相同的多次拉拔，得到直径1.00mm的bi2212线材。
70.图4a为本发明实施例4制备的bi2212线材的横截面结构图，图4b为本发明对比例4制备的bi2212线材的横截面结构图，将图4a与图4b进行比较可知，与对比例4以相同银超比bi2212二次线为内圈和外圈组装后制备的bi2212线材相比，实施例4以高银超比bi2212二次线为内圈、低银超比bi2212二次线为外圈组装后制备的bi2212线材中芯丝均匀性更好，具备更好的加工均匀性优势。
71.实施例5
72.本实施例与实施例4的区别之处为：步骤三中经多次拉拔得到直径0.81mm的bi2212线材。
73.对比例5
74.本对比例与对比例4的区别之处为：步骤三中经多次拉拔得到直径0.81mm的bi2212线材。
75.图5a为本发明实施例5制备的bi2212线材的横截面结构图，图5b为本发明对比例5制备的bi2212线材的横截面结构图，将图5a与图5b进行比较可知，与对比例5以相同银超比bi2212二次线为内圈和外圈组装后制备的bi2212线材相比，实施例5以高银超比bi2212二次线为内圈、低银超比bi2212二次线为外圈组装后制备的bi2212线材中芯丝均匀性更好，具备更好的加工均匀性优势。
76.将图4a～图4b、图5a～图5b进行比较可知，本发明的梯度组装的加工均匀性在
bi2212线材直径更小时芯丝均匀性同样更好，具备更加明显的加工均匀性优势。
77.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。