[发明专利]一种二硼化镁超导带材的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导带材的制作方法，尤其涉及一种二硼化镁超导带材的制作方法。

背景技术

高性能的超导材料是发展大规模超导输电，超导变压器，超导限流器，超导磁体，超导储能等应用的基础。二硼化镁(MgB₂)超导带材由于具有较高的超导转变温度、非常高的电流承载能力、低廉的原材料成本且制作容易，有望替代传统的低温超导材料，实现大规模的商业应用；它尤其在15～26K温度，小于5T磁场的磁体应用上有着具有巨大的市场潜力，是未来医疗核磁共振超导磁体(MRI)材料的理想选择。

现有的MgB₂超导带材的制作方法是采用原位粉末套管法(in-situpowder-in-tube)，即：将混合好的Mg粉和B粉装入阻挡层管中，再装入包套管中并密封，随后孔型加工、拔拉等冷加工方式将其加工成直径约2-3mm的圆线，再通过辊压轧制成带，最后进行热处理。这种MgB₂超导带材通常由外包套层，中间阻挡层和MgB₂超导芯三部分组成。

这种原位粉末套管法制备的超导带材存在以下问题：

1)临界电流密度较低，超导性能差；这种方法先将Mg粉和B粉混合，然后再进行高温热处理。在热处理过程中，Mg向B扩散，在Mg位留下孔洞，使生成的MgB₂超导芯明显多孔，密度低(通常只有MgB₂理论密度的50％)，导致MgB₂超导带材临界电流密度(J_c)较低，不能满足商业应用的要求。例如：通常在20K、3T下，这种带材J_c只能达到500～600A/mm²；无法满足MgB₂超导带材在工作温度20-26K，磁场1.5～5T条件下，临界电流密度1000A/mm²的商业应用要求。

2)传输电流时，电流密度分布不均匀，增加了材料“失超”的风险，使得疲劳寿命较低；现有的制备方法是将圆柱型的MgB₂线材辊压而形成带材，导致MgB₂带材的超导芯的横截面呈中间厚，边缘薄；因此，在传输电流的时候，较厚的中间部分的传输的电流比较大，而较薄的边缘部分的电流较小。由于超导材料本身存在“交流损耗”，从而会产生一定的热量；而MgB₂超导材料本身的导热性能并不好，所以在中间部分很容易造成热应力集中，使得局部散热困难；导致局部温度突然升高，当温度升高到超过MgB₂的超导转变温度时，超导带材就会有失去超导电性的危险。一旦失超，就会导致带材的损坏。

3)韧性差，不易弯曲，使用不便：为了提高超导芯中MgB₂的致密性，现有方法中所用的包套层通常为高强度的金属或合金，以便获得直径更细小的线材，然后再辊压成带。高强度金属包套腔的存在使得带材整体韧性不够，带来使用和运输的困难。例如：现有方法制作的厚度0.5mm，宽度4mm的超导带材，其弯曲而不损害超导芯性能的曲率半径通常在1米左右，而在制作磁体上使用MgB₂超导带时，通常需要把它绕在半径不大于15cm的圆柱型磁体上，因此现有方法制作的超导带材，很难真正用于商业磁体的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MgB₂超导带材的制作方法，采用本发明方法制备的MgB₂超导带致密性及其晶粒连接性好，临界电流密度高，适合商业应用，电流密度分布均匀，疲劳寿命较高。且该方法工艺简单，适合工业化生产。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种二硼化镁超导带材的制作方法，其具体作法是：

A、涂覆硼层：采用涂覆的方法将无定形硼均匀分布在导电基片上，形成0.1～2.0mm厚的无定形硼层；

B、覆盖镁层：在硼层的上面覆盖镁或镁合金的薄片，薄片厚度0.1～2.0mm，通过碾压使硼层与镁或镁合金的薄片完全结合，形成镁-硼-基片的结合体；

C、热处理：将B步的结合体放入热处理炉中，在氩气保护气氛下，升温至550～800℃后，保温0.1-3小时后冷却，结合体中的Mg-硼即形成MgB₂超导层；

D、涂保护层：在C步处理后的结合体上涂覆金属、金属合金、金属氧化物、碳化硅或类金刚石作为保护层，形成由基片、MgB₂超导层和保护层组成的复合体；

E、切割加工：将D步的复合体切割成长带，即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：