[發明專利]層狀二硼化鎂晶體組織及合成方法

無效

• 申請號: 201210156413.X
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN102718230A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 馬宗青;劉永長;蔡奇;姜華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及層狀二硼化鎂晶體組織及合成方法，為合成具有更佳超導性能MgB₂晶體組織的新技術，屬于超導技術領域。

背景技術

二硼化鎂（MgB₂）是2001年發現的第二類超導體，雖然它的超導轉變溫度（39K）與高溫超導體相比并不算很高，但它以其自身的優點引起了科學家對其基礎物理性質及其應用可能性的廣泛關注。與銅氧化物高溫超導體相比，MgB₂具有如下顯著優勢：⑴各向異性小，超導電性能穩定；⑵超導電流基本不受晶界連接性限制，穿晶損耗非常低；⑶相干長度更大，易于引入磁通釘扎中心并提高其超導電性；⑷原材料價格低廉，容易加工和制成塊材、薄膜及線材。

盡管MgB₂很大程度上可代替甚至超過銅氧化物高溫超導材料在超導軸承、儲能、發電機以及磁懸浮等領域的使用，但是其較弱的臨界電流密度（J_c）大大限制了MgB₂超導體的廣泛推廣和應用。因此，如何提高MgB₂超導體的載流能力逐漸成為研究熱點。

最新研究表明：單一的MgB₂因缺乏足夠的磁通釘扎中心而導致其J_c值隨外磁場的增加而急劇降低，改善MgB₂塊材的磁通釘扎特性已成為提高其載流能力的重要途徑。世界各地的研究小組積極嘗試采用輻照、化學摻雜和球磨處理等方法來增強其磁通釘扎能力。這些方法的確明顯提高了的臨界電流密度，特別是高磁場下的臨界電流密度。但這些試樣的載流能力仍然達不到實際應用要求，有待進一步提高。根據超導理論，第二類超導體的臨界電流密度受兩個關鍵因素的影響：晶間連接性的好壞和磁通釘扎中心的多少。包括前述各種改善MgB₂磁通釘扎能力的方法在內，目前大部分研究只是集中在如何提高磁通釘扎中心，而往往忽略甚至犧牲晶間連接性，這本身也限制了MgB₂超導體J_c值的進一步提高。

晶間的連接性不僅受到試樣中孔洞、雜質相和缺陷等外在因素的影響，更是由MgB₂本身的晶體形態組織和結晶程度等內在因素決定。因此，發展一種技術通過設計和控制MgB₂超導體的晶體組織以改善晶間連接性，則有利于提高MgB₂的載流能力，推進它們實用化進程。

發明內容

本發明合成了一種與MgB₂傳統高溫燒結晶體組織不同的新型MgB₂晶體組織，MgB₂晶體沿c軸有明顯的取向排列，呈現出典型的層狀晶體組織。該組織的晶間連接性與傳統高溫燒結晶體組織相比有大幅度提高。

本發明的一種層狀二硼化鎂晶體組織，其六方的MgB₂晶體在c軸方向上呈現出層狀排列；在X射線圖譜上，Cu粉的添加在低溫燒結條件下形成了寬化的液相峰，Mg-Cu共晶液相，使MgB₂晶粒的形核-長大環境由原來的完全固相變成局部液相；其c軸方向上晶面衍射峰的相對強度高于傳統燒結合成的隨機排列的MgB₂晶體組織c軸方向上晶面衍射峰強度；在c軸上的相對織構度達到12%以上。

具體技術方案如下：

本發明的層狀二硼化鎂晶體組織MgB₂晶體組織合成方法，將Mg粉、Cu粉和B粉按Mg：Cu：B=1：0.04~0.10：2的原子比例在瑪瑙研缽或行星式球磨機中充分混合和研磨20~60分鐘，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500~600℃后，在此溫度保溫燒結2~10個小時，然后以10~40℃/min的冷卻速度降至室溫。