[发明专利]一种制备高致密二硼化镁超导线、带材的方法

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

高性能的超导材料是发展超导电力，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20-30K，小于5T磁场下具有巨大的应用潜力。目前在20K温度下，二硼化镁的不可逆场已经达到10T，与传统的低温超导材料(如，NbTi，Nb₃Sn)相比，具有明显的优势。

目前，普遍采用的制备MgB₂超导线带材的方法是基于固态反应的原位粉末套管法(in-situ PIT)。其作法是：按MgB₂中镁、硼的化学计量比，将Mg粉或屑和无定形硼粉填充在以Fe/不锈钢等做为包套材料的包套管中，在包套管与Mg粉和硼粉间用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。这种方法由于工艺简单，快捷，成本低，因此得到普遍的应用。但是，由该方法制备的MgB₂存在大量的孔洞，致密性很差，测试表明，制备的MgB₂超导材料的密度只能达到其理论密度2.62g/cm³的50％，有效截面积只有8-17％。产生这种现象的原因是：由于无定形硼表面吸附的空气及硼氧化物的存在，使其流通性差，在固相反应时，融化的Mg向B的扩散，而B很难向Mg扩散，Mg扩散后，在Mg原来位置会留下大量的空洞，使得二硼化镁的密度低，致密性差，超导性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备致密的二硼化镁超导材料的方法，采用该方法制备的MgB₂超导材料，致密度高、晶粒均匀且连接性好，超导性能好；且该方法工艺简单，适合工业化生产。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种制备高致密二硼化镁超导线、带材的方法，其具体作法是：

A、预处理：将无定形硼粉加入装有足量有机溶剂的容器中，将容器放入超声波振荡器中振动10～60分钟；然后干燥，使有机溶剂完全挥发，得分散的硼粉；所述有机溶剂为沸点低于250℃，不与硼粉发生化学反应，且不能溶解硼粉的有机溶剂；

B、制备前驱粉：按镁、硼化学计量比1∶2的比例取镁粉和A步干燥后的硼粉，进行球磨或者研磨均匀混合成前驱粉；

C、装入阻挡层管：将B步的前驱粉装入金属制成的阻挡层管中，压实，并将阻挡层管密封；

D、装入包套管：将多根C步的阻挡层管装入金属的包套管中，并在包套管内的空隙处填满金属粉末，并将包套管密封；

E、成型：将D步的包套管压制成带材或拨拉成线材；

F、热处理：将E步的线材或带材放入管式炉中，在氩气保护气氛下，以1～10℃/分钟的速率，升温至700～900℃后，保温0.1-10小时，然后随炉冷却至室温，即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与现有的固相反应法相比，本发明方法制备MgB₂时，首先对硼粉在有机溶剂中进行分散处理，即在B粉中倒入足量的有机溶剂，然后放入超声波中进行超声分散。在有机溶剂中环境中，通过高频的震荡，使得纳米B粉表面活性增强，表面原先吸附的空气被释放，以及硼氧化物被去掉，使得B粉的流通性得到增强。反应时，Mg向B扩散生成MgB₂的同时，B也向Mg流通，填满了Mg扩散留下的孔隙，因此，显著提高了该方法制备的MgB₂的致密性，解决了固相反应生成的MgB₂多孔性的难题。实验证明，采用本发明方法制备的MgB₂超导线带材，致密性好，其密度最高可达到MgB₂理论密度的70％，即1.85g/cm³，与现有固相方法相比提高了近20％；通过扫描电镜(SEM)图可以看出，其晶粒连接性也明显提高；测试还表明通过本发明方法制备的MgB₂在磁场下的临界电流密度也显著提高，其超导性能好。