[發明專利]Cu摻雜MgB2超導體及低溫快速制備方法

無效

• 申請號: 200710150705.1
• 申請日: 2007-12-04
• 公開（公告）號: CN101224897A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 劉永長;馬宗青;史慶志;趙倩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;H01B12/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明屬于超導技術領域，特別是提出一種Cu摻雜MgB₂超導體及低溫快速制備方法。

背景技術

自1911年荷蘭Leiden大學的H.K.Onnes發現汞的超導性以來，人們一直對這種奇妙的現象進行著不懈的探索和研究。超導材料所特有的零電阻和抗磁性使其在電力能源、超導磁體、生物、醫療科技、通訊和微電子等領域有廣闊的應用前景。如今世界各國對超導的研究越來越熱，美國、日本和歐盟紛紛將超導技術列為新世紀保持尖端優勢的關鍵。

超導材料按超導電現象出現的溫度范圍可分為兩類：液氦溫區的低溫超導體和液氮溫區的高溫超導體。但是由于低溫超導體的超導轉變溫度很低，因此大大限制了其在實際工業中的應用。高溫超導材料主要是銅氧化物，但是由于銅氧化物的弱連接和陶瓷性使其臨界電流密度隨磁場增高而下降很快，且難以成形成高質量的線、帶材，同樣也阻礙了高溫超導體的廣泛應用。2001年日本科學家Nagamatsu?J等人發現了一種具有39K臨界轉變溫度的新型超導材料——二硼化鎂(MgB₂)。研究表明它既具有遠高于低溫超導體的臨界轉變溫度，又不存在高溫超導體難以克服的弱連接問題，因而在全世界范圍內引發了對其制備方法和實際應用的研究的熱潮。

目前具有高超導性能的MgB₂超導體大部分都是通過高溫(鎂的熔點以上)粉末燒結得到。但是由于鎂本身蒸氣壓高且易揮發，這樣就給在高溫燒結制備塊材MgB₂過程中容器的密閉性帶來了一定的要求和困難，而且研究表明，MgB₂晶體在高溫下容易長大，結晶度高，從而導致其臨界電流密度顯著降低。因此最近一些科研工作者開始致力于在鎂的熔點以下(低溫)通過固相粉末燒結技術來制備MgB₂超導體的研究。Yamamoto?A等人采用鎂粉和硼粉在600℃燒結60個小時成功制備出MgB₂試樣；Rogado?N等人先將鎂粉和硼粉球磨后在550℃下燒結16個小時也制備出了MgB₂試樣；Yamamoto?A等人還在600℃下燒結24個小時制備出了SiC摻雜的塊狀MgB₂。與高溫下制備的試樣相比，這些低溫(相對于鎂的熔點)下制備的MgB₂超導體一般都具有比較高的臨界電流密度。但是燒結過程中原子在固相中的擴散速率比在液相中慢，因而已報導的MgB₂低溫固相燒結過程一般需要16～60小時，燒結時間比較長的，同時也注意到需要采用機械球磨對燒接粉末的預處理或選用納米尺寸范圍的原料，這無疑增加了制備過程的成本，從而也限制了MgB₂超導體在工業生產中的推廣，所以尋找一種低溫下快速燒結制備MgB₂超導體的方法具有重要的實際意義。

發明內容

本發明的目的就是利用銅摻雜燒結的方法，縮短低溫燒結制備具有高超導性能MgB2超導體所需要的時間，從而降低MgB₂超導體的制備成本，推進其在實際中的應用。

本發明的Cu摻雜MgB₂超導體，其組成及分子質量比如下：(Mg_1.1B₂)_1-xCu_x，x＝0.01～0.10。

本發明的Cu摻雜MgB₂超導體低溫快速制備方法，步驟如下：

將Mg粉、Cu粉和B粉按比例在瑪瑙研缽中充分混合，然后在2～10MPa的壓力下制成薄片，最后將薄片放入高溫差示掃描量熱儀或者管式燒結爐進行低溫燒結，升溫速率10～40℃/min，升至490～600℃后，在此溫度保溫燒結2～7個小時，然后以10～40℃/min的冷卻速度降至室溫。

本發明的主旨是通過摻雜Cu粉末在低溫下形成Mg-Cu共晶熔體，從而大大降低燒結溫度和燒接過程保溫時間。由圖1給出的Mg-Cu系的二元相圖可見，Mg和Cu第一共晶點的溫度比較低(485℃左右)。所以在Mg-B燒結體系中加入少量的Cu，則當溫度超過485℃時，Mg-Cu液相就可以在燒結體的局部形成，從而出現低溫下的液相燒結，提高原子的擴散速率，促進燒結的快速完成。