[发明专利]一种二硼化镁线材或带材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二硼化镁超导材料的制备方法。

背景技术

自从2001年发现超导转变温度高达39K的新型超导体二硼化镁以来，各国科学家对其进行了深入的研究。由于其具有超导相干长度较长、较高的上临界场、晶界不存在弱连接、结构简单、成本低廉等优点，在超导电力、电子器件、及医疗仪器，特别是核磁成像磁体等方面具有广泛的应用前景。目前，在制备高性能二硼化镁线材或带材的方法中，原位(in-situ)粉末套管(Powder-In-Tube)技术比较简便实用，但是其临界电流密度Jc(超导电流除以超导芯的面积)比较低，虽然通过多种途经如高能球磨、提高原始粉末质量、纳米掺杂等技术来提高钉扎力和临界场，但是Jc仍然没有达到实际应用水平。

研究发现，粉末套管法制备的超导芯的致密化程度比较低是导致其超导性能低的主要原因。为了解决上述问题，研究人员又采用中心镁棒扩散法制备MgB₂线材(Giunchi G,Ripamonti G,Perini E,Cavallin T and Bassani E 2007IEEE Trans.Appl.Supercond.172761)，该方法可以使得镁扩散到硼粉中形成反应层，从而有效的提高了二硼化镁超导反应层的致密化程度，进而使得其临界电流密度得到了显著提高。然而，该方法的缺点是中心镁棒扩散到硼层后，镁棒原来的中心位置会形成很大区域的孔洞，从而使得其工程临界电流密度Je，即超导电流除以整根超导线的总面积，大幅下降。只有去除或者尽量缩小孔洞的面积，那么样品的工程临界电流密度才会明显提升，才能满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种二硼化镁超导线材或带材的制备方法。本发明将中心镁棒扩散法制备的超导线材在保温阶段施加机械压或者气压，消除或者减少镁棒扩散到硼层后在样品中心产生的空洞，在提高超导芯致密度的同时减小超导线材或带材的总面积，从而不仅提高MgB₂超导线材或带材的临界电流密度还能显著提高其工程临界电流密度。

本发明工艺步骤如下：

(1)将镁棒装入金属管中央，在镁棒和金属管间隙中填充硼粉或硼粉与掺杂物的混合物，两端封口后经旋锻、拉拔或孔型轧制成单芯线材；将两根以上单芯线材装入金属管内再经旋锻、拉拔或孔型轧制成多芯线材；

(2)在惰性气氛下加热，加热温度范围为400-950℃，保温时间为0.1-100小时。并在保温阶段对线材直接进行机械加压或者对线材两端密封后施加气压，压强为1kPa-5Gpa，使得中心镁棒与其四周的硼粉反应，生成二硼化镁超导线材或带材。

所述机械加压方式为两面或四面加压，加压模具材质为石墨、金属或者金刚石。

所述的镁棒纯度为90-99.99999％；硼粉纯度范围为90％-99.9999％，硼粉粒径为10纳米-50微米；掺杂物种类为金属材料、无机非金属材料或有机物中的一种或两种以上，掺杂物纯度范围为90％-99.9999％，无机掺杂物质的粒径范围为10纳米-50微米，掺杂物与硼粉的重量比不超过50％，两种以上掺杂物之间的比例为任意配比。

所述的掺杂物中金属材料包括Mg、Cu、Ag、Sn、Ti、Zr、Pb、In、Fe；无机非金属材料包括SiC、MgO、MgB₂、MgB₄、ZrSi₂、ZrB₂、WSi₂、SiO₂、Si、TiC、NbC、TaC、HfC、Y₂O₃、Dy₂O₃、Ho₂O₃、B4C；有机物包括碳单质、碳氢化合物和碳水化合物。

所述的金属管种类为金属单质或合金，且金属管为单层或者双层以上的复合管。

所述步骤(2)中采用机械加压烧结后生成二硼化镁超导带材，采用气体加压烧结后生成二硼化镁超导线材。

附图说明

图1常压烧结二硼化镁超导线材的截面图；

图2气体加压烧结二硼化镁超导线材的截面图；

图3机械加压烧结二硼化镁超导带材的截面图；

图4机械加压和常压烧结二硼化镁超导样品的工程临界电流密度曲线图；

图5气体加压和常压烧结二硼化镁超导样品的工程临界电流密度曲线图。

具体实施方式

实施例1