[發明專利]一種二硼化鎂超導帶材的制作方法

無效

• 申請號: 201010545549.0
• 申請日: 2010-11-16
• 公開（公告）號: CN102034575A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 潘熙鋒;趙勇
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B12/06
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種超導帶材的制作方法，尤其涉及一種二硼化鎂超導帶材的制作方法。

背景技術

高性能的超導材料是發展大規模超導輸電，超導變壓器，超導限流器，超導磁體，超導儲能等應用的基礎。二硼化鎂(MgB₂)超導帶材由于具有較高的超導轉變溫度、非常高的電流承載能力、低廉的原材料成本且制作容易，有望替代傳統的低溫超導材料，實現大規模的商業應用；它尤其在15～26K溫度，小于5T磁場的磁體應用上有著具有巨大的市場潛力，是未來醫療核磁共振超導磁體(MRI)材料的理想選擇。

現有的MgB₂超導帶材的制作方法是采用原位粉末套管法(in-situpowder-in-tube)，即：將混合好的Mg粉和B粉裝入阻擋層管中，再裝入包套管中并密封，隨后孔型加工、拔拉等冷加工方式將其加工成直徑約2-3mm的圓線，再通過輥壓軋制成帶，最后進行熱處理。這種MgB₂超導帶材通常由外包套層，中間阻擋層和MgB₂超導芯三部分組成。

這種原位粉末套管法制備的超導帶材存在以下問題：

1)臨界電流密度較低，超導性能差；這種方法先將Mg粉和B粉混合，然后再進行高溫熱處理。在熱處理過程中，Mg向B擴散，在Mg位留下孔洞，使生成的MgB₂超導芯明顯多孔，密度低(通常只有MgB₂理論密度的50％)，導致MgB₂超導帶材臨界電流密度(J_c)較低，不能滿足商業應用的要求。例如：通常在20K、3T下，這種帶材J_c只能達到500～600A/mm²；無法滿足MgB₂超導帶材在工作溫度20-26K，磁場1.5～5T條件下，臨界電流密度1000A/mm²的商業應用要求。

2)傳輸電流時，電流密度分布不均勻，增加了材料“失超”的風險，使得疲勞壽命較低；現有的制備方法是將圓柱型的MgB₂線材輥壓而形成帶材，導致MgB₂帶材的超導芯的橫截面呈中間厚，邊緣薄；因此，在傳輸電流的時候，較厚的中間部分的傳輸的電流比較大，而較薄的邊緣部分的電流較小。由于超導材料本身存在“交流損耗”，從而會產生一定的熱量；而MgB₂超導材料本身的導熱性能并不好，所以在中間部分很容易造成熱應力集中，使得局部散熱困難；導致局部溫度突然升高，當溫度升高到超過MgB₂的超導轉變溫度時，超導帶材就會有失去超導電性的危險。一旦失超，就會導致帶材的損壞。

3)韌性差，不易彎曲，使用不便：為了提高超導芯中MgB₂的致密性，現有方法中所用的包套層通常為高強度的金屬或合金，以便獲得直徑更細小的線材，然后再輥壓成帶。高強度金屬包套腔的存在使得帶材整體韌性不夠，帶來使用和運輸的困難。例如：現有方法制作的厚度0.5mm，寬度4mm的超導帶材，其彎曲而不損害超導芯性能的曲率半徑通常在1米左右，而在制作磁體上使用MgB₂超導帶時，通常需要把它繞在半徑不大于15cm的圓柱型磁體上，因此現有方法制作的超導帶材，很難真正用于商業磁體的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種MgB₂超導帶材的制作方法，采用本發明方法制備的MgB₂超導帶致密性及其晶粒連接性好，臨界電流密度高，適合商業應用，電流密度分布均勻，疲勞壽命較高。且該方法工藝簡單，適合工業化生產。

本發明實現其發明目的，所采用的技術方案為：一種二硼化鎂超導帶材的制作方法，其具體作法是：

A、涂覆硼層：采用涂覆的方法將無定形硼均勻分布在導電基片上，形成0.1～2.0mm厚的無定形硼層；

B、覆蓋鎂層：在硼層的上面覆蓋鎂或鎂合金的薄片，薄片厚度0.1～2.0mm，通過碾壓使硼層與鎂或鎂合金的薄片完全結合，形成鎂-硼-基片的結合體；

C、熱處理：將B步的結合體放入熱處理爐中，在氬氣保護氣氛下，升溫至550～800℃后，保溫0.1-3小時后冷卻，結合體中的Mg-硼即形成MgB₂超導層；

D、涂保護層：在C步處理后的結合體上涂覆金屬、金屬合金、金屬氧化物、碳化硅或類金剛石作為保護層，形成由基片、MgB₂超導層和保護層組成的復合體；

E、切割加工：將D步的復合體切割成長帶，即得。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：