[發(fā)明專利]利用類石墨相氮化碳原位包覆硼粉制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810086193.5
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN108163866A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文獻(xiàn);閆佳;康吉祥;何小芳;于上家;胡業(yè)旻;朱明原;李瑛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B35/04
• 分類號(hào): C01B35/04;H01B12/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種利用類石墨相氮化碳原位包覆硼粉制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法，步驟如下：將類石墨相氮化碳前驅(qū)體和硼粉充分混合后得到混合粉體；再對(duì)混合粉體經(jīng)過熱處理得到顆粒狀氮化碳原位包覆的硼粉；再將類石墨相氮化碳原位包覆的硼粉制備成所需形狀的前驅(qū)體；再將前驅(qū)體和鎂粉一起密封入鐵管中得到裝管復(fù)合體；再將裝管復(fù)合體進(jìn)行熱處理，得到二硼化鎂超導(dǎo)塊體。本發(fā)明將類石墨相氮化碳前驅(qū)體和硼粉混合后熱處理，實(shí)現(xiàn)了類石墨相氮化碳對(duì)硼粉的原位均勻包覆，避免了采用其他碳源摻雜二硼化鎂時(shí)產(chǎn)生的不均勻現(xiàn)象；同時(shí)通過類石墨相氮化碳原位包覆硼顆粒的技術(shù)可以制備出晶粒連接性好、類石墨相氮化碳摻雜均勻的MgB₂塊體材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二硼化鎂超導(dǎo)塊材的制備方法，特別是涉及一種第二相碳元素?fù)诫s二硼化鎂超導(dǎo)塊材的制備方法，應(yīng)用于超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

2001年MgB₂的超導(dǎo)電性被日本研究小組報(bào)道，迅速在全世界范圍引起科研工作者的廣泛關(guān)注。其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為39K，接近BCS理論的極限值。MgB₂具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、相干長(zhǎng)度大和晶界不存在弱連接性等優(yōu)良特性，此外MgB₂在超低溫制冷機(jī)工作溫區(qū)(>10K)即可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性能。由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)態(tài)時(shí)具有零電阻性和邁斯納效應(yīng)，所以MgB₂塊材可以利用其超導(dǎo)特性制成超導(dǎo)磁體，在磁懸浮列車等強(qiáng)磁場(chǎng)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。但是純二硼化鎂超導(dǎo)材料的臨界電流密度隨著磁場(chǎng)增強(qiáng)急劇衰減，限制了MgB₂在高磁場(chǎng)下的應(yīng)用，嚴(yán)重影響其應(yīng)用范圍。因此，尋找提高二硼化鎂超導(dǎo)材料高場(chǎng)下臨界電流密度的途徑成為了研究的重點(diǎn)。

目前大量研究表明，通過元素?fù)诫s可以有效地提高二硼化鎂超導(dǎo)材料的上臨界場(chǎng)。通過原子替換作用引起晶格畸變，改善載流性能；同時(shí)以第二相存在的摻雜物可充當(dāng)有效的磁通釘扎中心，提高二硼化鎂的超導(dǎo)臨界電流密度。目前研究過程中碳是最為有效的摻雜元素之一。

傳統(tǒng)采用納米碳顆粒、碳納米管、無定形碳、納米金剛石、石墨烯和石墨等原料摻雜MgB₂的技術(shù)，是將原材料和摻雜材料混合后固相反應(yīng)生成MgB₂。但是摻雜源分布不均會(huì)導(dǎo)致晶界處出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，影響超導(dǎo)體的整體性能。目前大量采用的有機(jī)物摻雜在一定程度上避免了摻雜源的團(tuán)聚問題，但是有機(jī)物的分解過程較為復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生其他副產(chǎn)物影響材料性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種利用類石墨相氮化碳原位包覆硼粉制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法，類石墨相氮化碳具有層片狀結(jié)構(gòu)，通過類石墨相氮化碳前驅(qū)體作為原材料，熱處理后能實(shí)現(xiàn)類石墨相氮化碳對(duì)硼顆粒的緊密均勻包覆，避免了傳統(tǒng)方法中摻雜源分布不均勻的缺點(diǎn)；本發(fā)明制備的類石墨相氮化碳原位包覆的硼粉，保證了硼粉活性且防止硼粉氧化，隨后采用固相反應(yīng)法制備二硼化鎂超導(dǎo)塊體。通過該過程制備的類石墨相氮化碳摻雜二硼化鎂超導(dǎo)塊，磁通釘扎力強(qiáng)，晶粒連接性好，高磁場(chǎng)條件下臨界電流密度高，應(yīng)用范圍廣。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用類石墨相氮化碳原位包覆硼粉制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法，包括如下步驟：

(1)將類石墨相氮化碳前驅(qū)體和硼粉充分混合，得到混合粉體；所述類石墨相氮化碳前驅(qū)體優(yōu)選采用碳源前驅(qū)物、氮源前驅(qū)物或其化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物；所述類石墨相氮化碳前驅(qū)體進(jìn)一步優(yōu)選采用三聚氰胺、三聚氰氯、尿素、硫脲、雙氰胺和氰胺中的任意一種物質(zhì)或任意幾種的混合物；

(2)將在所述步驟(1)中制備的混合粉體置于敞口式半封閉容器中進(jìn)行熱處理，在硼顆粒表面原位均勻包覆厚度可控的類石墨相氮化碳，得到類石墨相氮化碳原位包覆的硼粉；

(3)將在所述步驟(2)中制備的類石墨相氮化碳原位包覆的硼粉制成所需形狀的前驅(qū)體；