[发明专利]层状二硼化镁晶体组织及合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及层状二硼化镁晶体组织及合成方法，为合成具有更佳超导性能MgB₂晶体组织的新技术，属于超导技术领域。

背景技术

二硼化镁（MgB₂）是2001年发现的第二类超导体，虽然它的超导转变温度（39K）与高温超导体相比并不算很高，但它以其自身的优点引起了科学家对其基础物理性质及其应用可能性的广泛关注。与铜氧化物高温超导体相比，MgB₂具有如下显著优势：⑴各向异性小，超导电性能稳定；⑵超导电流基本不受晶界连接性限制，穿晶损耗非常低；⑶相干长度更大，易于引入磁通钉扎中心并提高其超导电性；⑷原材料价格低廉，容易加工和制成块材、薄膜及线材。

尽管MgB₂很大程度上可代替甚至超过铜氧化物高温超导材料在超导轴承、储能、发电机以及磁悬浮等领域的使用，但是其较弱的临界电流密度（J_c）大大限制了MgB₂超导体的广泛推广和应用。因此，如何提高MgB₂超导体的载流能力逐渐成为研究热点。

最新研究表明：单一的MgB₂因缺乏足够的磁通钉扎中心而导致其J_c值随外磁场的增加而急剧降低，改善MgB₂块材的磁通钉扎特性已成为提高其载流能力的重要途径。世界各地的研究小组积极尝试采用辐照、化学掺杂和球磨处理等方法来增强其磁通钉扎能力。这些方法的确明显提高了的临界电流密度，特别是高磁场下的临界电流密度。但这些试样的载流能力仍然达不到实际应用要求，有待进一步提高。根据超导理论，第二类超导体的临界电流密度受两个关键因素的影响：晶间连接性的好坏和磁通钉扎中心的多少。包括前述各种改善MgB₂磁通钉扎能力的方法在内，目前大部分研究只是集中在如何提高磁通钉扎中心，而往往忽略甚至牺牲晶间连接性，这本身也限制了MgB₂超导体J_c值的进一步提高。

晶间的连接性不仅受到试样中孔洞、杂质相和缺陷等外在因素的影响，更是由MgB₂本身的晶体形态组织和结晶程度等内在因素决定。因此，发展一种技术通过设计和控制MgB₂超导体的晶体组织以改善晶间连接性，则有利于提高MgB₂的载流能力，推进它们实用化进程。

发明内容

本发明合成了一种与MgB₂传统高温烧结晶体组织不同的新型MgB₂晶体组织，MgB₂晶体沿c轴有明显的取向排列，呈现出典型的层状晶体组织。该组织的晶间连接性与传统高温烧结晶体组织相比有大幅度提高。

本发明的一种层状二硼化镁晶体组织，其六方的MgB₂晶体在c轴方向上呈现出层状排列；在X射线图谱上，Cu粉的添加在低温烧结条件下形成了宽化的液相峰，Mg-Cu共晶液相，使MgB₂晶粒的形核-长大环境由原来的完全固相变成局部液相；其c轴方向上晶面衍射峰的相对强度高于传统烧结合成的随机排列的MgB₂晶体组织c轴方向上晶面衍射峰强度；在c轴上的相对织构度达到12%以上。

具体技术方案如下：

本发明的层状二硼化镁晶体组织MgB₂晶体组织合成方法，将Mg粉、Cu粉和B粉按Mg：Cu：B=1：0.04~0.10：2的原子比例在玛瑙研钵或行星式球磨机中充分混合和研磨20~60分钟，然后在2~10MPa的压力下制成薄片,最后将薄片放入高温差示扫描量热仪或者管式烧结炉进行低温烧结，升温速率10~40℃/min，升至500~600℃后，在此温度保温烧结2~10个小时，然后以10~40℃/min的冷却速度降至室温。