[发明专利]一种制备二硼化镁超导线、带材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超导材料的制备方法，尤其涉及一种二硼化镁超导材料的制备方法。

背景技术

高效优质的超导线带材的制备是发展21世纪超导电力，超导磁体，超导储能等应用的基础。二硼化镁(MgB₂)超导材料被认为在未来医疗核磁共振超导磁体(MRI)应用上有巨大的市场潜力。随着MgB₂超导材料性能的进一步改进，目前在4.2K，12T的条件下，其临界电流密度已经超过2×10⁴A/cm²；20K温度下，不可逆场(H_irr)也已经达到10T，能与传统的超导材料NbTi/Nb₃Sn相媲美。

现有MgB₂超导材料的制备方法：包括固相反应法，即固态反应法、固态烧结法。粉末套管法，包括原位(in-situ)、先位(ex-situ)，两端密封的粉末套管法(PICT)等。粉末套管法的作法是：按MgB₂中镁、硼的化学计量比，将Mg粉或屑和无定形B粉填充在以Fe/不锈钢等做为包套材料的包套管中，在包套管与Mg粉和B粉间用Cu/Ta/Ti等作阻挡层(或称为稳定层)，将包套管密封后，经过扎卷等成型加工，然后进行高温热处理获得MgB₂带、线材。这种方法制备的MgB₂与其前驱粉相比，有30％左右的体积收缩，这些收缩的空间会变成孔洞保留在生成的MgB₂超导材料内部，从而在MgB₂超导材料形成大量缩孔，使制得的MgB₂超导材料的密度最高仅能达到理论密度的49％左右，致密性较差，且由于大量孔洞的存在而使超导材料的截面不均匀，严重影响MgB₂材料超导性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备二硼化镁MgB₂超导线、带材的方法，用该法制备的MgB₂超导线、带材，致密性高、晶粒连接性好，截面均匀。

本发明解决其发明目的，所采用的第一种技术方案为：一种制备二硼化镁超导线、带材的方法，其具体作法是：

a、制备前驱粉：取高硼化镁MgB_x4≤x≤12粉末作为前驱粉；或者按镁、硼化学计量比1∶3-20的比例将镁粉或屑、无定形硼粉采用球磨、手工研磨或者超声分散的方法均匀混合成前驱粉。

b、装入镁管：将a步的前驱粉装入镁管中压实并将镁管两端密封。

c、装入包套管并设置阻挡层：

将b步的镁管装入金属包套管中；并在金属包套管内镁管间的空隙处填满金属粉末作为阻挡层，然后将金属包套管两端密封。

或者将b步的镁管装入阻挡层金属管，Mg管与阻挡层金属管之间的空隙处用Mg粉填满，阻挡层金属管再装入金属包套管内，且阻挡层金属管与金属包套管之间的空隙处用金属包套管或阻挡层金属管的金属粉末填满；然后将金属包套管两端密封。

d、成型处理：将c步制备的金属包套管压制成带材或拨拉成线材。

e、热处理：将d步处理得到的带材或线材放入管式炉中，在氩气保护气氛下，按1-10℃/分钟的速率，升温至700～1200℃温度，保温1-30小时，冷却至室温，即得。

与现有技术相比，本发明的技术方案有益效果是：

本发明中，大量Mg包围在由高硼化镁MgB_x或镁粉、硼粉构成的前驱粉的外面，这些Mg在高温下(超过镁的熔点649℃)被熔化成液态，在1090℃下，液态Mg更会沸腾成气态。在本发明e步的热处理过程中，Mg形成液态或气态，液态或气态的Mg与前驱粉发生化学反应生成MgB₂。这个反应首先在前驱粉外表面发生，然后液态或气态的Mg往前驱粉内部扩散，由外到内与前驱粉反应生成MgB₂。同时，前驱粉外面存在的大量Mg，在e步的高温、长时间热处理作用下，在前驱粉的外面产生较高的Mg蒸汽压，该气压会对生成的MgB₂产生压缩的作用，从而生成致密性好的MgB₂超导材料。实验证明，采用本方法制备的MgB₂超导线带材，其致密性好，其密度比现有方法提高20-30％，达到1.75-1.96g/cm³；晶粒连接性A_F提高30-50％，晶粒连接性优良，截面均匀。