[發(fā)明專利]一種MgB2超導(dǎo)線材的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110429395.3
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102543304A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余新泉;蔡青春;張友法;黃艷萍;陳鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MgB₂超導(dǎo)線材的制備方法。

背景技術(shù)

自2001年以來，MgB₂作為一種極具潛力的新一代超導(dǎo)材料，異軍突起。MgB₂是迄今為止臨界溫度最高的金屬化合物超導(dǎo)體，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達39K。MgB₂超導(dǎo)材料可望在強磁體和電子器件等領(lǐng)域取代當前主流低溫超導(dǎo)材料而得到應(yīng)用。與NbTi和Nb₃Sn等傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)材料相比，MgB₂具有液氫溫區(qū)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，可用電制冷代替液氦制冷；與氧化物高溫超導(dǎo)體相比，MgB₂超導(dǎo)材料成本低、相干長度較大、晶界處不存在弱連接問題和巨磁通蠕動效應(yīng)、無需進行晶粒取向化等。這些良好的特性，使得MgB₂成為最具潛力的低成本超導(dǎo)體，具有良好的應(yīng)用前景。但MgB₂超導(dǎo)材料中缺乏有效的釘扎中心，其臨界電流密度隨著磁場強度的增加而急劇的減小。研究結(jié)果證明碳元素和碳化合物摻雜可以有效提高MgB₂的超導(dǎo)電性，摻雜效果比較好的物質(zhì)是Dou等人嘗試的納米SiC(Dou?S.X.等，Enhancement?of?the?critical?current?density?and?flux?pinning?of?MgB₂?superconductor?by?nanoparticle?SiC?doping，Applied?Physics?Letters，81(18)，3419-3421)。

粉末套管(PIT)是目前制備MgB₂超導(dǎo)線帶材較成熟且應(yīng)用最為廣泛的方法之一。粉末套管法按其原始粉末種類又分為原位法(in-situ)和非原位法(ex-siut)。原位方法在粉末準備過程中可以方便地進行鎂硼配比、粉末粒度調(diào)節(jié)、添加摻雜元素等方面的工藝改進。先驅(qū)粉末的質(zhì)量是粉末套管法制備出高性能MgB₂線材的基礎(chǔ)，因此要求具有較高的純度、良好的均勻性和較小的粒度等。采用超細原始粉末使得合成相的晶粒間連接性能提高、晶粒細化、晶界增多，能起到釘扎磁通的作用，有利于提高樣品的臨界電流密度。目前，多采用手工研磨和高能球磨方式制備先驅(qū)粉末。使用手工研磨方式制備粉末效率低下、粒徑比較粗大、混合不均勻；使用球磨方式容易造成物料溫度升高，引起Mg粉與B粉合金化反應(yīng)。禹爭光等在《鐵/銅復(fù)合包套二硼化鎂超導(dǎo)長線的制備方法》(CN1945759A)中提出使用有機溶劑球磨的方式制備先驅(qū)粉末，但是球磨后的粉末需要在真空條件下干燥，其設(shè)備工藝復(fù)雜。MgB₂線材包套材料的選擇既要防止粉體和金屬間的反應(yīng)，又要具有良好的加工性能、導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，同時還要兼顧成本。鐵銅復(fù)合材料是較佳的包套材料，但要經(jīng)冷加工制備出一定長度的超導(dǎo)線，需控制鐵、銅管材料的化學(xué)純度等級、消除材料中殘余應(yīng)力的影響等。閻果等在《一種硼化鎂超導(dǎo)線材的制備方法》(CN1190802C)中通過原位粉末套管法制備了MgB₂超導(dǎo)長線材，其采用真空燒結(jié)1～5h，對設(shè)備要求高，且操作復(fù)雜。MgB₂成相時間短，不需要長時間燒結(jié)，且短時間燒結(jié)可以免去抽真空或充惰性氣體等保護措施，從而簡化制備工藝并減少生產(chǎn)成本；同時，快速升溫可使MgB₂中產(chǎn)生大量缺陷，并在其中形成細小晶界，增加晶粒邊界數(shù)量，缺陷和晶界可以作為MgB₂有效的磁通釘扎中心，從而提高MgB₂超導(dǎo)材料的臨界電流密度(X.L.Wang等，Very?fast?formation?of?superconducting?MgB₂/Fe?wires?with?high?J_c，Physica?C，361(2001)，149-155)。施智祥等在《一種快速制備二硼化鎂塊材的方法》(CN101585705A)中采用快速燒結(jié)方式制備出MgB₂塊材，但其只是限于制備MgB₂塊材而用于MgB₂線材制備尚未研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在于針對上述技術(shù)中的不足，提出一種MgB₂超導(dǎo)線材的制備方法，該工藝方法簡單，實現(xiàn)方便，可制備高臨界電流密度的MgB₂超導(dǎo)線材。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：