成型模具的几何设计是在复合超导棒液压挤压过程中确保材料完整性的主要控制机制。具体而言，采用低锥角（例如 45 度）有助于材料更顺畅地通过模具。这种精度可减少内部剪切应力和冗余变形，即使在 1800 MPa 的极端压力下，也能使外层套管和内部超导芯同步变形。
合适的模具几何形状可作为稳定器，强制不同材料之间协调变形，以防止套管破裂并确保芯材密度均匀。
协调变形的力学原理
处理材料差异
在复合棒中，外层套管和内部超导芯通常具有不同的机械性能。如果不加以控制，这些层将以不同的速率变形。
强制均匀性
模具几何形状充当物理约束，迫使这些不同的材料一起移动。这种“协调变形”对于最终产品作为单一、内聚的超导单元运行至关重要。
锥角的重要作用
减少内部剪切
主要参考资料强调了低锥角（特别是 45 度）的有效性。较低的角度在材料直径减小时会产生更平缓的过渡。
最小化附加变形
过陡或不当的角度会迫使材料经历不必要的内部变形。通过优化角度，您可以最小化这种“附加变形”，将能量完全导向必要的横截面减小。
不当设计的风险
防止套管破裂
在高达 1800 MPa 的压力下，任何流动的不规则都会产生巨大的应力集中。如果模具几何形状导致过度摩擦或湍流，外层套管很可能会撕裂或破裂。
避免芯材流动不均匀
如果模具不能强制平稳流动，内部芯材可能会变形不均匀。这会导致“香肠状”或不一致的横截面，严重影响超导体的电性能。
优化您的挤压工艺
为确保复合超导棒的成功制造，请根据您的具体目标考虑以下参数：
- 如果您的主要重点是机械完整性：使用低锥角（例如 45 度）以最小化剪切应力并防止外层套管破裂。
- 如果您的主要重点是芯材均匀性：优先选择可减少附加变形的模具几何形状，以确保内部芯材在整个棒材长度上保持均匀。
模具设计的精度决定了高性能超导体和失败棒材之间的区别。
汇总表：
| 设计参数 | 推荐值/特征 | 对超导棒的影响 |
|---|---|---|
| 锥角 | 低角度（例如 45°） | 减少内部剪切应力和冗余变形 |
| 压力处理 | 高达 1800 MPa | 在极端挤压力下保持完整性 |
| 流动控制 | 协调变形 | 防止套管破裂和芯材“香肠状” |
| 主要目标 | 几何精度 | 确保均匀密度和电性能 |
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参考文献
- Krzysztof Filar, G. Gajda. Preparation Process of In Situ MgB2 Material with Ex Situ MgB2 Barrier to Obtain Long Sections of Superconducting Multicore Wires. DOI: 10.3390/ma18010126
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
