[发明专利]利用类石墨相氮化碳原位包覆硼粉制备二硼化镁超导线材的方法

说明书

本发明公开了一种利用类石墨相氮化碳原位包覆的硼粉制备二硼化镁超导线材的方法，将类石墨相氮化碳前驱体和硼粉充分混合后得到混合粉体；再经过热处理得到颗粒状氮化碳原位包覆的硼粉；再将类石墨相氮化碳原位包覆的硼粉和镁粉混合均匀装入金属管，经过拉丝机拉拔得到线材；再将复合线材在进行热处理，得到二硼化镁超导线。本发明将类石墨相氮化碳前驱体和纳米硼粉混合后热处理，实现了类石墨相氮化碳对硼粉的原位均匀包覆。后续热处理过程中层片状氮化碳对二硼化镁晶粒实现均匀掺杂，避免了采用其他碳源掺杂二硼化镁时产生的不均匀现象；同时通过氮化碳原位包覆硼颗粒的技术可以制备出晶粒连接性好、类石墨相氮化碳掺杂均匀的MgB₂线材。

技术领域

本发明涉及一种二硼化镁超导线材的制备方法，特别是涉及一种第二相碳元素掺杂二硼化镁超导线材的制备方法，应用于超导材料制备技术领域。

背景技术

2001年MgB₂的超导电性被日本研究小组报道，迅速在全世界范围引起科研工作者的广泛关注。其超导转变温度为39K，接近BCS理论的极限值。MgB₂具有结构简单、相干长度大和晶界不存在弱连接性等优良特性，此外MgB₂在超低温制冷机工作温区(＞10K)即可实现超导性能。由于超导材料在超导态时具有零电阻性和迈斯纳效应，所以MgB₂线材可以利用其超导特性制成超导线圈，在核磁共振成像仪和超导储能系统等领域发挥重要作用。但是纯二硼化镁超导材料的临界电流密度随着磁场增强急剧衰减，限制了MgB₂在高磁场下的应用，严重影响其应用范围。因此，寻找提高二硼化镁超导材料高场下临界电流密度的途径成为了研究的重点。

目前大量研究表明，通过元素掺杂可以有效地提高二硼化镁超导材料的上临界场。通过原子替换作用引起晶格畸变，改善载流性能；同时以第二相存在的掺杂物可充当有效的磁通钉扎中心，提高二硼化镁的超导临界电流密度。目前研究过程中碳是最为有效的掺杂元素之一。

传统采用纳米碳颗粒、碳纳米管、无定形碳、纳米金刚石、石墨烯和石墨等原料掺杂MgB₂的技术，是将原材料和掺杂材料混合后固相反应生成MgB₂。但是掺杂源分布不均会导致晶界处出现团聚现象，影响超导体的整体性能。目前大量采用的有机物掺杂在一定程度上避免了掺杂源的团聚问题，但是有机物的分解过程较为复杂，会产生其他副产物影响材料性能。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用类石墨相氮化碳原位包覆硼粉制备二硼化镁超导线材的方法，类石墨相氮化碳具有层片状结构，通过类石墨相氮化碳前驱体作为原材料，热处理后可以实现类石墨相氮化碳对硼颗粒的紧密均匀包覆，避免了传统方法中掺杂源分布不均匀的缺点；制备的类石墨相氮化碳原位包覆的硼粉，保证了硼粉活性且防止硼粉氧化，随后采用粉末套管法(Powder-in-tube)制备二硼化镁超导线材。通过该过程制备的类石墨相氮化碳掺杂二硼化镁超导线，磁通钉扎力强，晶粒连接性好，高磁场条件下临界电流密度高，应用范围广。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用类石墨相氮化碳原位包覆硼粉制备二硼化镁超导线材的方法，包括如下步骤：

(1)将类石墨相氮化碳前驱体和硼粉充分混合，得到混合粉体；优选所述类石墨相氮化碳前驱体为碳源前驱物、氮源前驱物或其化学反应的产物；优选类石墨相氮化碳前驱体为三聚氰胺、三聚氰氯、尿素、硫脲、双氰胺和氰胺中的任意一种物质或任意几种的混合物；

(2)将在所述步骤(1)中制备的混合粉体置于敞口式半封闭容器中进行热处理，在硼颗粒表面原位均匀包覆厚度可控的类石墨相氮化碳，得到类石墨相氮化碳原位包覆的硼粉；

(3)按照硼和镁的原子比为2:1的比例，将在所述步骤(2)中制备的类石墨相氮化碳原位包覆的硼粉与镁粉分别称量后进行混合均匀，得到混合粉体；