[发明专利]一种二硼化镁超导材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备二硼化镁超导材料的方法。

背景技术

自从2001年日本Akimitsu等人发现临界转变温度为39K的二硼化镁(MgB₂)超导体以来，各国科学家对二硼化镁超导材料进行了大量深入的研究。与低温超导材料相比，MgB₂可以摆脱昂贵的液氦而工作在液氢或制冷机制冷温区(15～25K)，降低使用及维护费用；与高温超导体相比，MgB₂结构简单、相干长度比较大，不会由于晶界弱连接而使临界电流密度大幅降低，易于制备具有高电流密度的超导线带材，在超导磁体尤其是磁共振成像(MRI)磁体领域具有重大的发展潜力和应用前景。

本发明能有效活化MgB2粉末原料，对原料要求低，并能显著提高MgB2的超导性能，所制备的MgB₂超导材料具有低成本、高性能等特点。应用本发明方法制备的MgB2超导带材在4.2K，9T下，其临界电流密度比未采用本发明方法时高出两个数量级以上，所制备的MgB2块材在5K，6.5T下，其临界电流密度比未采用本发明方法时同样高出两个数量级以上。采用该发明方法制备的MgB2超导体不但具有优良的超导性，而且其原料成本可以降低90％，这将极大的推广MRI的使用范围，具有广阔的市场应用前景。

目前，性能最好的MgB₂超导体是由高纯、无定形B粉(纯度大于99.99wt％的非晶态B粉)制备得到。然而，高纯B粉(纯度大于99.99wt％的B粉)的价格比低纯B粉高10倍以上，不利于MgB₂超导体的商业推广。更为重要的是，高纯、无定形B粉的制备条件非常苛刻，其产量远不能满足实际需求，近年来已没有存货(Kim J H，Heo Yoon-Uk，Matsumoto A，Kumakura H，Rindfleisch M，Tomsic M and Dou S X 2010 Supercond.Sci.Technol.23 075014)，国外厂商已经对我国禁售高纯、无定形B粉。因此，用低纯B粉(B粉的纯度为90～99.99wt％)来制备MgB₂超导体越来越受到人们的关注。但是低纯B粉不但含有较多的杂质，而且大部分是稳定的高温结晶相，很难和Mg粉发生完全的化学反应，因此，用低纯B粉制备MgB₂超导体时，其性能比较低([Chen S K，Yates K A，Blamire M G and MacManus-Driscoll J L 2005Supercond.Sci.Technol.181473]，[Kim J H，Heo Yoon-Uk，Matsumoto A，Kumakura H，Rindfleisch M，Tomsic M and Dou S X 2010 Supercond.Sci.Technol.23075014])。

原位法制备MgB₂超导体，通常用玛瑙球和罐进行短时间球磨(球磨时间≤1h)来实现Mg粉、B粉和掺杂物的混合，然后将混合粉末压片或者装入金属管加工成线带材(Wang C D，Ma Y W，Zhang X P，Wang D L，Gao Z S，Yao C，Awaji S and Watanabe K 2011 Supercond.Sci.Technol.24 105005)。玛瑙的密度低，球磨过程中磨球的瞬时冲击力比较小，加之球磨时间非常短，因此，玛瑙短时球磨仅起到混合原料的作用，无法活化甚至合金化粉末原料。

发明内容

本发明的目的是针对MgB₂高性能高成本、低成本低性能的制备现状，提供一种低成本、高性能二硼化镁超导材料的制备方法。本发明利用高密度磨球和球磨罐增加球磨的瞬时冲击力，结合较长球磨时间，能有效细化甚至合金化含低纯B的粉末原料，为反应提供活化能，显著地提高了MgB₂超导材料的超导性能，而且使MgB₂的原料成本降低90％。