[发明专利]一种二硼化镁基超导材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导材料。

背景技术

二硼化镁（MgB₂）是目前临界转变温度最高的金属间化合物超导材料，它的临界转变温度(39-40K)高于目前已经进行实际应用的Nb₃Sn和NbTi等超导材料。较高的转变温度、较大的相干长度、较高的上临界场、晶界不存在弱连接、结构简单、成本低廉等优点使MgB₂成为应用在20K-30K温度范围的材料最有力的竞争者。

特别是在低场领域，如在磁共振成像磁体应用方面，MgB₂表现了极大的优势，已经有数据表明，MgB₂的实用化将带来数十亿的经济效益，而且由于可以在制冷机制冷条件下工作，MgB₂的应用将会大大推动磁共振成像仪的推广，对于中国广大的乡村人民医疗水平的提高具有十分重要的意义。

然而，目前制备的MgB₂材料的临界电流密度与低温超导材料和A15超导材料相比还比较低，而且会随着磁场强度的增加而急剧的减小。提高MgB₂的临界电流密度是一个难题，因为当电流通过超导材料时就会产生电子涡旋，电子涡旋的运动消耗能量，进而破坏材料的超导能力。如果涡旋能钉扎在杂质或缺陷上并且不影响无阻电流的流动，将可以大大提高临界电流密度。

因此，为了提高MgB₂在一定磁场下的临界电流密度，可以采用中子(质子)轰击、化学腐蚀、机械加工、掺杂等方法，而由于掺杂具有更简便快速、能进行均匀改性等特点，成为目前提高MgB₂磁通钉扎能力的主要方法。已经进行实验的Zr、Mo、Nb、W、Ti、Al、Fe、WSi₂、ZrSi₂等掺杂均只能小幅度提高MgB₂的性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有高临界电流密度的 MgB₂ 基超导材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种二硼化镁超导材料，其中，该超导材料为在 MgB₂ 基超导材料中弥散分布着硅、铪及其化合物，该超导材料原子比组成为 Mg∶Hf∶B∶Si ＝1-x∶x∶2-x∶x，其中0.05≤x≤0.20。

优选地，该 MgB₂ 基超导材料为片状或块状。

优选地，该 MgB₂ 基超导材料为截面形状为圆型的线材。

本发明的方法采用硅和金属 Hf 作为助烧剂加入二硼化镁中，在烧结过程完成后，硅、铪及其化合物弥散分布在最终获得的 MgB₂ 基超导材料中，所获得的 MgB₂ 基超导材料在3特斯拉以上的背景磁场中具有高的临界电流密度。硅、铪及其化合物弥散分布在最终获得的 MgB₂ 基超导材料中，使最终形成的 MgB₂ 晶粒细化，有效强化了 MgB₂ 晶粒连接。本发明可实现 MgB₂ 基超导材料的低成本制备，同时引入了第二相粒子，有效改善了 MgB₂ 基超导材料的磁通钉扎。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施方式详细描述该二硼化镁超导材料及其制造方法。

一种二硼化镁超导材料，该超导材料为在 MgB₂ 基超导材料中弥散分布着硅、铪及其化合物，该 MgB₂ 基原子比组成为 Mg∶Hf∶B∶Si ＝1-x∶x∶2-x∶x，其中0.05≤x≤0.20。

优选地，Mg∶Hf∶B∶Si＝0.95∶0.05∶1.95∶0.05，或Mg∶Hf∶B∶Si＝0.9∶0.1∶1.9∶0.1，或Mg∶Hf∶B∶Si＝0.8∶0.2∶1.8∶0.2。

该二硼化镁基超导材料的制备方法为：

方法一：

 (1)将干燥的镁、硼、铪和硅粉末按照原子比 Mg∶Hf∶B∶Si ＝1-x∶x∶2-x∶x的比例充分混合1-2小时，其中0.05≤x≤0.20；