專利名稱：一種MgB的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種MgB2超導(dǎo)材料及其制備方法，涉及一種具有高臨界電流密度的新型MgB2超導(dǎo)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
MgB2是一種新近發(fā)現(xiàn)的新型超導(dǎo)材料，是一種轉(zhuǎn)變溫度為39K的金屬間化合物超導(dǎo)體，極有希望在20K-30K的溫度范圍內(nèi)取得廣泛應(yīng)用。由于MgB2具有簡單的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，在MgB2的晶粒之間不存在弱連，與高溫氧化物超導(dǎo)體相比，MgB2將在制備和成材方面具有不可比擬的優(yōu)勢。同時(shí)，和低溫超導(dǎo)體和A15超導(dǎo)體相比較，MgB2超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較高39K，在20K-30K之間應(yīng)用正好填補(bǔ)低溫超導(dǎo)體和A15超導(dǎo)體的空白，使得制冷機(jī)的廣泛應(yīng)用成為可能。然而，目前與低溫超導(dǎo)體和A15超導(dǎo)體相比，MgB2的臨界電流密度還很低。通常制備MgB2的方法是通過氬氣氣氛下固態(tài)燒結(jié)B和Mg的混合物，經(jīng)過擴(kuò)散反應(yīng)形成MgB2，這種方法制備的MgB2的塊材和線材通常比較疏松，造成晶粒間的連接性能比較差，從而導(dǎo)致其臨界電流密度較差。在固態(tài)燒結(jié)法制備MgB2的過程中，通過施加壓力可以提高M(jìn)gB2的致密度，但是，這種方法成本較高，而且降低MgB2的轉(zhuǎn)變溫度，難以制備實(shí)用化的線材和帶材，大大影響了MgB2材料的實(shí)用化進(jìn)程。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種具有高臨界電流密度MgB2超導(dǎo)材料及其方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種MgB2超導(dǎo)材料，其特征在于在MgB2超導(dǎo)材料中摻雜有選自Ti、Zr、Mo、Nb、W或Hf中的一種金屬元素Me，其組成的摩爾比Mg∶Me∶B＝(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2。
本發(fā)明的一種MgB2超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、Me粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-650℃保溫1-2小時(shí)，750℃-800℃保溫1-2小時(shí)，850℃-950℃保溫2-4小時(shí)，制備含Me的MgB2超導(dǎo)材料。
本發(fā)明的MgB2與已有的MgB2相比較，通過金屬元素M的摻雜，形成MB2，一方面MB2和MgB2相互作用，造成晶格畸變，另一方面，MB2細(xì)化MgB2的晶粒，產(chǎn)生更多的晶界，加強(qiáng)了晶界釘扎的作用，最終使得總的磁通釘扎力得以提高，從而提高臨界電流密度。本發(fā)明的MgB2制備方法實(shí)用簡單，制備的MgB2超導(dǎo)體既可以作為塊材直接應(yīng)用，也可以作為線材、帶材的前驅(qū)粉或是作為商業(yè)的MgB2粉末的原材料。通過這種方法所制備的含這種金屬元素的MgB2帶材在10K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到1.58X106A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到9.37X105A/cm2，為目前國際最高性能，使得MgB2的商業(yè)應(yīng)用成為可能。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明的方法作進(jìn)一步說明。
一種MgB2超導(dǎo)材料，其特征在于在MgB2超導(dǎo)材料中摻雜有選自Ti、Zr、Mo、Nb、W或Hf中的一種金屬元素Me，其組成的摩爾比Mg∶Me∶B＝(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2。
本發(fā)明的一種MgB2超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、Me粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2配制并混合均勻，(要不要壓實(shí)，壓力如何？)，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-650℃保溫1-2小時(shí)，750℃-800℃保溫1-2小時(shí)，850℃-950℃保溫2-4小時(shí)，制備本發(fā)明的MgB2超導(dǎo)材料。
使用本發(fā)明的方法，可以前Mg粉、Me粉和B粉配制并混合均勻后，經(jīng)燒結(jié)后直接得到具有高臨界電流密度MgB2超導(dǎo)塊材；另外將混給合料裝入Ta作為阻隔層的銅管中，經(jīng)加工至0.3mm×4.0mm的帶材，然后在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，得到具有高臨界電流密度MgB2超導(dǎo)帶材。
磁通釘扎的角度看，在磁場下MgB2較低的臨界電流密度是由于材料所捕獲的磁通線的大量移動造成的，因此不能夠簡單地通過提高M(jìn)gB2材料的致密度來達(dá)到。較強(qiáng)的磁通釘扎是通過引入一定數(shù)量的尺寸恰當(dāng)?shù)木w缺陷或第二相粒子來獲得。元素?fù)诫s一方面可以進(jìn)入到晶體的晶格，造成晶格畸變，形成晶體缺陷；另一方面，可以以細(xì)小的第二相彌散在整個(gè)超導(dǎo)體當(dāng)中或者是使MgB2晶粒細(xì)化(可以增加晶界的有效面積)，這些都可以增強(qiáng)體系的磁通釘扎能力。因此，采用元素?fù)诫s的方法制備高臨界電流密度MgB2塊材和線材的方法是可行的。
實(shí)例1制備摻雜金屬元素Ti的MgB2塊材。將Mg粉、Ti粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，650℃保溫1小時(shí)，750℃保溫1.5小時(shí)，850℃保溫2小時(shí)，制備含摻雜金屬元素Ti硼化物的MgB2塊材。這種MgB2塊材塊材在5K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到2×106A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達(dá)到3×105A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到1.3×106A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達(dá)到9.4X104A/cm2。
實(shí)例2制備摻雜金屬元素Ti的MgB2帶材。將Mg粉、Ti粉和B粉按照摩爾比0.85∶0.15∶2配制并混合均勻，裝入Ta作為阻隔層的銅管中，經(jīng)加工至0.3mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時(shí)，800℃保溫1小時(shí)，900℃保溫2小時(shí)，制備含摻雜金屬元素Ti硼化物的MgB2帶材。這種MgB2帶材在10K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到1.58×106A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達(dá)到1.6×105A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到9.3×105A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達(dá)到4.27×104A/cm2。
實(shí)例3制備摻雜金屬元素Zr的MgB2塊材。將Mg粉、Zr粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，850℃保溫2小時(shí)，制備含摻雜金屬元素Zr硼化物的MgB2塊材。這種MgB2塊材在30K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到7.2×105A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達(dá)到1.2×104A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到1.83×106A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達(dá)到5.6×105A/cm2。
實(shí)例4制備摻雜金屬元素Mo的MgB2塊材。將Mg粉、Mo粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時(shí)，800℃保溫1小時(shí)，900℃保溫2小時(shí)，制備含摻雜金屬元素Mo硼化物的MgB2塊材。這種MgB2塊材在30K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到5.0×105A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達(dá)到1.1×104A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達(dá)到1.4×106A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達(dá)到3.2×105A/cm2。
權(quán)利要求
1.一種MgB2超導(dǎo)材料，其特征在于在MgB2超導(dǎo)材料中摻雜有選自Ti、Zr、Mo、Nb、W或Hf中的一種金屬元素Me，其組成的摩爾比Mg∶Me∶B＝(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2。
2.本發(fā)明所述的一種MgB2超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于其制備是將Mg粉、Me粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-650℃保溫1-2小時(shí)，750℃-800℃保溫1-2小時(shí)，850℃-950℃保溫2-4小時(shí)，制備含Me的MgB2超導(dǎo)材料。
全文摘要
一種MgB
文檔編號H01L39/24GK1329370SQ0112045
公開日2002年1月2日 申請日期2001年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月16日
發(fā)明者馮勇, 付寶全, 趙勇, 劉奉生, 劉向宏, 紀(jì)平, 張平祥, 周廉, 劉春芳, 杜社軍, 閻果, 吳曉祖 申請人:西北有色金屬研究院