技术领域
[0001] 本
发明属于高温超导线材制备技术领域，具体涉及一种Bi-2212多芯超导线材的制备方法。
背景技术
[0002] Bi2Sr2CaCu2Ox(简称Bi2212)高温超导体是高温超导材料中最重要的分支之一，是唯一可以加工成各向同性的圆线，且具有较高载流性能的高温超导体，该材料可以取代低温超导体用于制备大
电流缆线或绕制内插磁体以制备超高
磁场磁体。由于Bi-2212超导材料在高场磁体系统中具有不可替代的优势，美、日等发达国家对该材料的研究非常难重视。
[0003] 高性能Bi-2212多芯线材的制备是实用化的前提，而高
质量的前驱粉是制备高性能Bi-2212多芯线材的
基础。合适的化学计量比、均匀细小的粉末粒度以及符合要求的相成份等粉末特性参数是高质量前驱粉必须满足的条件。
[0004] 2015年以前，欧洲Nexans公司作为唯一的Bi-2212粉末销售商，一直采用融化工艺制备Bi-2212前驱粉末，近两年来由于各种原因，Nexans公司已经停止了Bi-2212前驱粉末的制备和销售。当前，尝试制备Bi-2212前驱粉末的公司主要有美国的nGimat和Metamaterial公司，nGimat采用纳米雾化
煅烧技术制备Bi-2212前驱粉末；Metamaterial公司选用共沉淀制备Bi-2212前驱粉末。nGimat公司采用的制粉技术制备效率较低，且过程控制复杂，而Metamaterial公司采用的共沉淀法容易造成粉末中
原子配比偏离，且多次成相
热处理容易引入杂质。
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Bi-2212多芯超导线材的制备方法。该方法先将原料制成金属盐溶液后采用喷雾
热分解法得到喷雾分解原料粉，再经成相热处理得到装管前驱体粉末，明显改善了喷雾分解原料粉的组分均匀性、粒度分布并提高其活性，提高了装管前驱体粉末的质量，进而提高了Bi-2212多芯超导线材的载流性能和
稳定性能。
[0006] 本发明采用喷雾热分解法将原料的金属盐溶液制备得到喷雾分解原料粉，由于金属盐溶液中各原料组分的均匀性较高，因此喷雾分解原料粉的组分均匀性及粒度分布得到明显改善，且原始活性较高，提高了装管前驱体粉末的质量，进而提高了Bi-2212多芯超导线材的载流性能和稳定性能。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种Bi-2212多芯超导线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008] 步骤一、将Bi2O3、CuO、CaCO3和SrCO3按照Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:1:2的原子比加入到酸液中并混合均匀，得到金属盐溶液；
[0009] 步骤二、将步骤一中得到的金属盐溶液注入
雾化器的雾化室内进行雾化，得到金属盐溶液雾滴，金属盐溶液雾滴在载气带动下进入预热至恒温的管式炉中进行加热分解，然后在鼓
风机的牵引下进入滤网收集器中，经收集得到喷雾分解原料粉；
[0010] 步骤三、将步骤二中得到的喷雾分解原料粉在高温条件下进行成相热处理，得到装管前驱体粉末；
[0011] 步骤四、采用
真空振动装管法将步骤三中得到的装管前驱体粉末装入
银管中，得到装管
复合体，然后将装管复合体进行旋锻
拉拔，得到单芯线材，再将单芯线材依次进行二次复合和三次复合，经旋锻拉拔得到多芯线材；所述二次复合采用的管体为银管，三次复合采用的管体为银锰
合金管；
[0012] 步骤五、将步骤四中得到的多芯线材放置在总压
力为50atm～100atm、
氧分压为1atm的流通气氛中进行热处理，然后随炉冷却至室温，得到Bi-2212多芯超导线材。
[0013] 本发明首先将原料制成金属盐溶液，然后采用喷雾热分解法制备得到喷雾分解原料粉，由于金属盐溶液中各原料组分的均匀性较高，因此喷雾分解原料粉的组分均匀性及粒度分布得到明显改善，且原始活性较高，提高了装管前驱体粉末的质量，进而提高了Bi-2212多芯超导线材的载流性能和稳定性能，同时，还缩短了成相热处理的
温度、时间及次数，且成相热处理时间仅为共沉淀法的1/5～1/4，大幅降低了成相热处理的电力消耗，降低了制备成本。
[0014] 上述的一种Bi-2212多芯超导线材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述酸液为
硝酸溶液，所述金属盐溶液为金属硝酸盐溶液，所述硝酸盐溶液中的金属阳离子总浓度为0.1mol/L～1.5mol/L。采用价格相对低廉且溶解效果较好的硝
酸溶液降低了制备成本；该优选的金属阳离子总浓度有利于后续采用喷雾热分解法制备得到组分及粒度分布均匀的喷雾分解原料粉，避免了喷雾分解原料粉的粘连。
[0015] 上述的一种Bi-2212多芯超导线材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述雾化的功率为30W～100W，载气的流速为30L/min～150L/min，预热至恒温的管式炉的炉温为750℃～1000℃。
[0016] 上述的一种Bi-2212多芯超导线材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述成相热处理的温度为800℃～860℃，时间为10h～20h，次数为1～3次。
[0017] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0018] 1、本发明采用喷雾热分解法将原料的金属盐溶液制备得到喷雾分解原料粉，由于金属盐溶液中各原料组分的均匀性较高，因此喷雾分解原料粉的组分均匀性及粒度分布得到明显改善，且原始活性较高，提高了装管前驱体粉末的质量，进而提高了Bi-2212多芯超导线材的载流性能和稳定性能。
[0019] 2、本发明采用喷雾热分解法得到组分均匀性及粒度分布均匀的喷雾分解原料粉，从而缩短了成相热处理的温度、时间及次数，且成相热处理仅为共沉淀法的1/5～1/4，大幅降低了成相热处理的电力消耗，降低了制备成本。
[0020] 3、本发明的装管前驱体粉末制备工艺简单可靠，适合批量化生产，满足实用化要求。
[0021] 4、本发明用真空振动装管大幅降低了装管前驱体粉末中气体的含量，避免了后续热处理时的鼓泡现象，同时采用高压热处理更好地提高了芯丝致
密度，改善了晶粒间的连接性，从而大幅提高了Bi-2212多芯超导线材的载流性能。
[0022] 5、本发明制备的Bi-2212多芯超导线材在4.2K，自场条件下的工程临界电流密度为1250A/mm2以上，高于现有技术中采用共沉淀工艺制备的Bi2212多芯线材的载流性能。
[0023] 下面通过
实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
[0024] 实施例1
[0025] 本实施例包括以下步骤：
[0026] 步骤一、将Bi2O3、CuO、CaCO3和SrCO3按照Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:1:2的原子比加入到硝酸溶液中并混合均匀，得到金属硝酸盐溶液；所述硝酸盐溶液中的金属阳离子总浓度为0.1mol/L；
[0027] 步骤二、将步骤一中得到的金属硝酸盐溶液注入雾化器的雾化室内在功率为30W的条件下进行雾化，得到金属硝酸盐溶液雾滴，金属硝酸盐溶液雾滴在流速为30L/min的载气带动下进入预热至750℃的管式炉中进行加热分解，然后在鼓风机的牵引下进入滤网收集器中，经收集得到喷雾分解原料粉；
[0028] 步骤三、将步骤二中得到的喷雾分解原料粉在800℃的温度条件下进行3次成相热处理，每次成相热处理的时间为20h，得到装管前驱体粉末；
[0029] 步骤四、采用真空振动装管法将步骤三中得到的装管前驱体粉末装入内径20mm、壁厚1.5mm的银管中，得到装管复合体，然后将装管复合体进行旋锻拉拔，得到单芯线材，再将单芯线材依次进行二次复合和三次复合，经旋锻拉拔得到666芯线材；所述二次复合采用的管体为内径20mm、壁厚1.0mm的银管，三次复合采用的管体为内径23mm、壁厚1.5mm银锰合金管；
[0030] 步骤五、将步骤四中得到的666芯线材放置在总压力为50atm、氧分压为1atm的流通气氛中，在888℃的温度下进行高压半
熔化处理，然后随炉冷却至室温，得到直径为1.0mm的Bi-2212多芯超导线材。
[0031] 经检测，本实施例制备的Bi-2212多芯超导线材在4.2K，自场条件下的工程临界电流密度为1250A/mm2。
[0032] 实施例2
[0033] 本实施例包括以下步骤：
[0034] 步骤一、将Bi2O3、CuO、CaCO3和SrCO3按照Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:1:2的原子比加入到硝酸溶液中并混合均匀，得到金属硝酸盐溶液；所述金属硝酸盐溶液中的金属阳离子总浓度为1.5mol/L；
[0035] 步骤二、将步骤一中得到的金属硝酸盐溶液注入雾化器的雾化室内在功率为100W的条件下进行雾化，得到金属硝酸盐溶液雾滴，金属硝酸盐溶液雾滴在流速为150L/min的载气带动下进入预热至1000℃的管式炉中进行加热分解，然后在鼓风机的牵引下进入滤网收集器中，经收集得到喷雾分解原料粉；
[0036] 步骤三、将步骤二中得到的喷雾分解原料粉在860℃的温度条件下进行1次成相热处理，成相热处理的时间为20h，得到装管前驱体粉末；
[0037] 步骤四、采用真空振动装管法将步骤三中得到的装管前驱体粉末装入内径20mm、壁厚1.7mm的银管中，得到装管复合体，然后将装管复合体进行旋锻拉拔，得到单芯线材，再将单芯线材依次进行二次复合和三次复合，经旋锻拉拔得到666芯线材；所述二次复合采用的管体为内径20mm、壁厚1.5mm的银管，三次复合采用的管体为内径23mm、壁厚1.7mm银锰合金管；
[0038] 步骤五、将步骤四中得到的666芯线材放置在总压力为100atm、氧分压为1atm的流通气氛中，在890℃的温度下进行高压半熔化处理，然后随炉冷却至室温，得到直径为1.0mm的Bi-2212多芯超导线材。
[0039] 经检测，本实施例制备的Bi-2212多芯超导线材在4.2K，自场条件下的工程临界电流密度为1330A/mm2。
[0040] 实施例3
[0041] 本实施例包括以下步骤：
[0042] 步骤一、将Bi2O3、CuO、CaCO3和SrCO3按照Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:1:2的原子比加入到硝酸溶液中并混合均匀，得到金属硝酸盐溶液；所述金属硝酸盐溶液中的金属阳离子总浓度为0.5mol/L；
[0043] 步骤二、将步骤一中得到的金属硝酸盐溶液注入雾化器的雾化室内在功率为65W的条件下进行雾化，得到金属硝酸盐溶液雾滴，金属硝酸盐溶液雾滴在流速为90L/min的载气带动下进入预热至875℃的管式炉中进行加热分解，然后在鼓风机的牵引下进入滤网收集器中，经收集得到喷雾分解原料粉；
[0044] 步骤三、将步骤二中得到的喷雾分解原料粉在830℃的温度条件下进行2次成相热处理，每次成相热处理的时间为15h，得到装管前驱体粉末；
[0045] 步骤四、采用真空振动装管法将步骤三中得到的装管前驱体粉末装入内径21mm、壁厚1.5mm的银管中，得到装管复合体，然后将装管复合体进行旋锻拉拔，得到单芯线材，再将单芯线材依次进行二次复合和三次复合，经旋锻拉拔得到666芯线材；所述二次复合采用的管体为内径21mm、壁厚1.5mm的银管，三次复合采用的管体为内径23mm、壁厚1.5mm银锰合金管；
[0046] 步骤五、将步骤四中得到的多芯线材放置在总压力为75atm、氧分压为1atm的流通气氛中，在892℃的温度下进行高压半熔化处理，然后随炉冷却至室温，得到直径为1.0mm的Bi-2212多芯超导线材。
[0047] 经检测，本实施例制备的Bi-2212多芯超导线材在4.2K，自场条件下的工程临界电流密度为1550A/mm2。
[0048] 实施例4
[0049] 本实施例包括以下步骤：
[0050] 步骤一、将Bi2O3、CuO、CaCO3和SrCO3按照Bi:Sr:Ca:Cu＝2:2:1:2的原子比加入到硝酸溶液中并混合均匀，得到金属硝酸盐溶液；所述金属硝酸盐溶液中的金属阳离子总浓度为1.0mol/L；
[0051] 步骤二、将步骤一中得到的金属硝酸盐溶液注入雾化器的雾化室内在功率为70W的条件下进行雾化，得到金属硝酸盐溶液雾滴，金属硝酸盐溶液雾滴在流速为100L/min的载气带动下进入预热至800℃的管式炉中进行加热分解，然后在鼓风机的牵引下进入滤网收集器中，经收集得到喷雾分解原料粉；
[0052] 步骤三、将步骤二中得到的喷雾分解原料粉在850℃的温度条件下进行2次成相热处理，每次成相热处理的时间为10h，得到装管前驱体粉末；
[0053] 步骤四、采用真空振动装管法将步骤三中得到的装管前驱体粉末装入内径22mm、壁厚1.5mm的银管中，得到装管复合体，然后将装管复合体进行旋锻拉拔，得到单芯线材，再将单芯线材依次进行二次复合和三次复合，经旋锻拉拔得到666芯线材；所述二次复合采用的管体为内径22mm、壁厚1.5mm的银管，三次复合采用的管体为内径23mm、壁厚1.5mm银锰合金管；
[0054] 步骤五、将步骤四中得到的666芯线材放置在总压力为50atm、氧分压为1atm的流通气氛中，在890℃的温度下进行高压半熔化处理，然后随炉冷却至室温，得到直径为1.0mm的Bi-2212多芯超导线材。
[0055] 经检测，本实施例制备的Bi-2212多芯超导线材在4.2K，自场条件下的工程临界电流密度为1630A/mm2。
[0056] 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。
