[发明专利]一种溶液包覆法制备C掺杂多芯MgB2超导线材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶液包覆法制备C掺杂多芯MgB2超导线材的制备方法，属于超导线材制造技术领域。

背景技术

随着地球“气候变暖”和人类生存环境的恶化，发展节能、环保以及新能源技术成为21世纪人类必然的选择；而超导材料作为21 世纪最重要的高技术节能环保材料在大规模输配电、超强磁体、储能、发电机、变压器、磁悬浮列车等领域有着广泛的应用。MgB2超导材料由于其临界温度高（Tc=39K）、相干长度大、不存在晶界弱连接等优点，这一系列的优点使得MgB2 超导体一出现就迅速引起人们的广泛关注。由于市场上小型制冷机就可以很容易达到20K 左右的低温，因此，MgB2 超导材料被认为有望实现20K工作温度下，1~3T医疗核磁共振成像（MRI）磁体的应用。

包套材料的选择对于制备高性能的线带材是必须解决的问题，包套材料必须能够承受一定的强度和可弯曲度，而且具有优越的热稳定性和低廉的成本，同时，需要避免与原始粉末发生化学反应，以保证获得高临界电流密度。最初人们研究了采用单一包套材料的MgB2超导线带材，研究结果表明单一的某种材料很难满足加工、导热、导电以及化学阻隔的作用，因此人们考虑采用具有多种功能层的复合体来制备MgB2 超导线带材，研究结果显示稳定层一般选用无氧铜，而阻隔层材料一般选用Nb、Ta和Ti，外包套材料则多选用Fe、不锈钢、Monel 和CuNi合金，随着外包套材料的强度升高，生成的MgB2超导芯的致密度有一定的增加。综合各方面考虑，以Nb作为阻隔层，无氧Cu作为稳定层，CuNi合金管作为外包套材料是比较理想的用于制备高性能多芯MgB2超导线带材的选择。

同时为了提高MgB2超导线带材在较高磁场条件下的临界电流密度，必须引入有效的钉扎中心。研究结果显示化学掺杂是提高其临界电流密度最为简单有效的方法之一，而元素C是最有效的掺杂元素。掺杂源中C元素的活性直接影响到掺杂效果，采用无机碳化物为掺杂源，由于C元素活性较低，需要很高的热处理温度才能引入有效的掺杂，然而温度过高成本增加，另外会导致阻隔层同B之间发生扩散反应且晶粒容易异常长大，造成性能降低，同时无机碳化物掺杂很难使得掺杂C均匀分布，造成大量C在晶界的堆积。怎样引入有效的、高活性的、分布均匀的掺杂元素C是目前亟待解决的问题。

目前，在多芯MgB2线带材制备方面，国际上主流制备技术包括以美国Hyper Tech.公司为代表的连续填充成型技术，即CTFF(Continuous Tube Forming Filling )技术，以意大利Columbus Superconductor公司和中国西北有色金属研究院为代表的粉末套管法技术，即PIT（Powder In Tube）技术。CTFF工艺需要昂贵的设备为基础，而PIT工艺流程短，容易控制，是目前制备MgB2线带材常采用的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种溶液包覆法制备C掺杂多芯MgB2超导线材的制备方法，采用溶液包覆工艺制备C掺杂前驱粉体，选用金属Nb-Ti复合管作为内阻隔层制备单芯线材，二次复合体外包材料选用Cu-Ni合金管为外层稳定体，中心采用Cu-Nb复合棒增强结构，结合拉拔和孔型轧制两种加工技术制备C掺杂多芯MgB2超导线材。

本发明的技术方案是，一种溶液包覆法制备C掺杂多芯MgB2超导线材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、首先将无定形硼粉、纯度为99%以上，-325目屑装镁粉、纯度为99.8%，按照Mg:B =0.95:2的原子数比配料，混合均匀后，倒入预先配置的草酸乙醇溶液中，混合制得悬浊液，其溶液中草酸的用量为Mg和B混合粉末质量的15-30%，质量浓度为15-20%，将混合后的悬浊液在200-300R/min的磁力搅拌器中搅拌30-60min，然后在磁力搅拌的同时，对悬浊液进行加热，温度控制在55-65℃，待悬浊液粘度明显增大成混合浆体，致使磁力搅拌器无法进行搅拌时，将混合浆体倾入培养皿中，放入真空烘箱中焙干，将焙干的粉末研磨后放入烧舟内，再置于管式炉中进行低温分解处理，以0.5-1℃/min的升温速率至150-200℃，恒温1-2小时，整个过程选用氩气保护分解，将热分解后的粉体研磨均匀后制得装管前驱粉；

步骤二、将装管前驱粉装入经过酸洗处理的Nb–Ti复合管中制得装管复合体；

步骤三、将装管复合体采用孔型轧制，加工成具有圆形截面或六边形截面的单芯线材（1），对单芯线材（1）进行定尺、截断、酸洗祛除表面氧化皮；