[发明专利]一种制备MgB2超导材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备MgB₂超导材料的方法领域，尤其涉及一种以球形雾化镁粉为原料制备高性能MgB₂超导材料的方法。

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(MgB₂)以来，各国科学家进行了大量深入的研究，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、国防以及医疗仪器(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MgB₂线带材的方法中，原位(in-situ)粉末套管(Powder-In-Tube)技术是最为简便实用的一种，但是其临界电流密度(Jc)仍然低于实际应用水平。研究发现原始粉末质量如镁粉和硼粉的纯度以及粒径等对临界电流密度起着决定性的作用。但是目前应用在MgB₂超导材料制备上的商业镁粉的粒径比较大且粒径分布也极不均匀，如图1所示，极大的影响了MgB₂超导材料的超导性能。为此，各国研究小组通过多种途经如球磨原始粉末、提纯硼粉、采用MgH₂、亚微米级镁粉或纳米级镁粉等来改善原始粉末质量，从而有效的提高Jc。其中，日本的研究小组采用MgH₂、亚微米级镁粉或纳米级镁粉制备的样品可以达到相当高的临界电流密度；但是与商业镁粉相比，MgH₂粉末的价格很高，不适合工业化应用，另外其使用的亚微米级镁粉和纳米级镁粉是通过热—等离子方法或者电弧—等离子方法制备的，制备条件非常苛刻，成本也很高，这都影响了MgB₂超导材料的实用化进程。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术制备成本高的缺点，提供一种制备MgB₂超导材料的方法。本发明制备成本低廉，所制备的MgB₂超导材料具有高性能。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：采用价格低廉的工业球形雾化镁粉作为MgB₂超导材料的原料。这种镁粉是将高纯镁锭加热并雾化成所需的粒径而成，已实现工业化生产，价格便宜，纯度高，粒径较小且粒度均匀，镁粉粒径范围为50nm～100μm。

这种粒径较小且粒度均匀的球形雾化镁粉可以与硼粉反应得更快更均匀，使得制备的MgB₂的粒径也较小，约100-200微米，小于普通商业镁粉制备的MgB₂，约300-600微米的粒径，且粒度分布均匀。由于小粒径MgB₂的晶界有效地充当了钉扎中心，提高了磁通钉扎力，从而有效的提高了本发明制备的MgB₂超导材料的超导性能。

本发明制备方法步骤如下：

(1)将工业球形雾化镁粉和硼粉按照摩尔比Mg∶B＝(0.85-1.25)∶2配制，并球磨1-2小时；雾化镁粉的平均粒径为50nm～100μm，形状为球形，硼粉的纯度为(90％-99.9999％)；

(2)将混合均匀的原料粉用压片机进行压片，得到MgB₂超导块材；或将混合好后的原始粉末装入金属管或金属复合管中，密封后以5％的变形率按顺序先后进行旋锻和拉拔得到MgB₂超导线材，再经轧制后，得到MgB₂超导带材；

(3)将得到的块材或线带材放在真空炉中，在真空或氩气保护下，热处理温度为600℃-900℃，保温0.5-2小时，最终获得MgB₂超导材料。

附图说明

图1：普通商业镁粉不同放大倍数下的SEM图；其中：a、500×；b、1000×；c、2000×；

图2：不同粒径球形雾化镁粉的SEM图；其中：a、10μm；b、20μm；c、70μm；

图3：实例1样品与普通商业镁粉制备的MgB₂超导带材的临界电流密度Jc；其中：1实例1制备的MgB₂超导带材；2采用普通商业镁粉制备的MgB₂超导带材；

图4：实例1样品与H.Yamada等人制备的MgB₂超导带材的临界电流密度Jc；其中：1实例1制备的MgB₂超导带材；2H.Yamada等人制备的MgB₂超导带材。

具体实施方式