專利名稱：高密度MgB的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MgB2超導(dǎo)材料的制備方法，特別是一種高密度MgB2超導(dǎo)帶材的制備方法。
背景技術(shù)：
2001年，發(fā)現(xiàn)金屬間化合物MgB2具有超導(dǎo)電性的結(jié)果引起了凝聚態(tài)物理學(xué)界、材料學(xué)界的極大轟動。由于其許多獨特性能尚未被人們完全認(rèn)識和理解，在材料、物理、化學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域引起了普遍的關(guān)注。MgB2的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)換溫度為39K，其超導(dǎo)溫度僅次于氧化物超導(dǎo)體、摻雜C60固體材料超導(dǎo)體，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)溫度最高的、簡單、穩(wěn)定的金屬間化合物超導(dǎo)材料。MgB2的結(jié)構(gòu)為類石墨夾層結(jié)構(gòu)，其化學(xué)成分及晶體結(jié)構(gòu)都很簡單，有高臨界溫度(Tc)、高電流密度(Jc)、高的相干長度，并且具有易合成、易加工、質(zhì)量較輕等特點，易制成薄膜或線材，有望成為較大規(guī)模應(yīng)用的超導(dǎo)材料。
然而，在MgB2超導(dǎo)材料尤其是塊材、線材和帶材的制備過程中，由于Mg和B都是密度較小的原料，Mg的密度是1.74g/cm3，B的密度是2.34g/cm3，即使經(jīng)過壓制達到100％的密實度，燒結(jié)過程中其體積會縮小到原來的76％，得到的MgB2的樣品中存在大量的縮孔，密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其理論值2.62g/cm3，況且壓制不會達到100％，所以燒結(jié)后一般只得到1.1～1.5g/cm3的疏松結(jié)構(gòu)，是限制該材料臨界電流密度提高的主要原因，同時對MgB2進行基礎(chǔ)研究、性能測試以及生產(chǎn)加工等都有很大影響。
文獻中記載可以用熱等靜壓的方法制備了高密度的MgB2塊材(Nesterenko V F，Gu Y.Elastic properties of hot-isostatically-pressed magnesium diboride.Appllied physics letters.2003，82(23)4104-4106)，但是其設(shè)備工藝復(fù)雜，而且只能用于塊材制備，不能用于線材和帶材的制備。文獻中也記載可以直接使用MgB2粉末壓制成型的高密度的MgB2材料(Frederick N A，Li S，Maple M B，et al.Improvedsuperconducting properties of MgB2.Physica C，2001，3631-5.)，但由于所制成的MgB2材料里面存在大量的微裂紋，超導(dǎo)載流能力也受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高密度MgB2超導(dǎo)帶材的制備方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高密度MgB2超導(dǎo)帶材的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a)將經(jīng)真空干燥處理過的Mg粉料和B粉料，按物質(zhì)的量比為Mg∶B＝0.7～1.3∶2的比例進行配料，將配料進行均勻研磨后，封入鉭箔；b)將上述鉭箔放置于加熱管內(nèi)，在惰性氣氛下，將加熱管進行加熱，升溫至650～950℃，保溫0.5～10小時；然后將樣品隨爐冷卻，即制成MgB2超導(dǎo)材料；c)將上述的MgB2超導(dǎo)材料從上述鉭箔中取出后，研磨成顆粒度為2～3μm的MgB2粉末；然后在MgB2粉末中加入Mg粉和B粉的混合物，Mg粉和B粉的混合物與MgB2粉末的質(zhì)量比為0-0.2∶1，所述Mg粉和B粉的混合物中Mg粉和B粉的物質(zhì)的量比為0.7～1.3∶2；d)將步驟c得到的混合料進行均勻研磨后，做成預(yù)制件；然后將該預(yù)制件放置于加熱管內(nèi)，并在惰性氣氛下加熱，升溫至650～950℃后保溫0.5～10小時；然后隨爐冷卻，即得到高密度的MgB2超導(dǎo)帶材。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下突出的實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點①由于本發(fā)明方法采用了混合燒結(jié)工藝，是一種簡單易行的制備無宏觀缺陷、高密度MgB2超導(dǎo)帶材工藝；②由于MgB2密度的提高，載流子濃度得到提高，從而提高了臨界電流密度。③由于MgB2密度的提高，產(chǎn)生了更多的晶界，晶界連接緊密，加強了晶界的釘扎作用，最終使得總的磁通釘扎力得以提高，從而提高了臨界電流密度。由此，本發(fā)明方法制得的MgB2超導(dǎo)帶材具有細(xì)化的晶粒、較大的晶界面積、理想的晶界連接，不存在微裂紋，并且不夾雜有其他的化合物，純度很高。
具體的實施方式
實施例一本實施例的MgB2超導(dǎo)材料的制備步驟如下(1)將純度為99％的、過325目篩的Mg粉和純度為99％的B粉分別置于真空干燥箱內(nèi)于120℃下恒溫干燥24小時，隨后分別稱取Mg和B粉料，按化學(xué)計量比Mg∶B＝1∶2進行配料，將配合料進行均勻研磨后，將其封入鉭箔；(2)將上述盛放有Mg、B混合料的鉭箔放置于加熱管內(nèi)，用擴散真空泵將加熱管內(nèi)的空氣抽去使成真空，隨后充入高純氬氣進行洗氣，再抽真空，如此反復(fù)三次后，持續(xù)緩慢充入高純氬氣保證管內(nèi)的惰性氣氛；(3)將上述的加熱管置于管式爐內(nèi)加熱，升溫速度為100℃/h；升溫至反應(yīng)溫度650℃后保溫1小時；然后將樣品隨爐冷卻，取出樣品，即為一種原為自生的MgB2超導(dǎo)材料；(4)將上述原位自生的MgB2超導(dǎo)塊材從鉭箔中取出后，用球磨機進行研磨，得到顆粒度為2～3μm的MgB2粉末；(5)將上述粉末進行精確稱量，得到一組粉料，然后將按化學(xué)計量比為Mg∶B＝1∶2的Mg粉和B粉的加入量與一次燒結(jié)樣品粉末的比例為0.01∶1重量比加入其中。
(6)將上述混合料分別進行均勻研磨后，裝入低碳鋼管管，再經(jīng)過旋鍛、軋制、成型，做成帶材預(yù)制件。
(7)將上述盛放有Mg粉、B粉和MgB2粉混合料的預(yù)制件放置于加熱管內(nèi)，用擴散真空泵將加熱管內(nèi)的空氣抽去使成真空，隨后充入高純氬氣進行洗氣，再抽真空，如此反復(fù)三次后，持續(xù)緩慢充入高純氬氣保證管內(nèi)的惰性氣氛；(8)將上述的加熱管置于管式爐內(nèi)加熱，升溫速度為100℃/h；升溫至反應(yīng)溫度650℃后保溫1小時；然后將樣品隨爐冷卻，取出樣品MgB2，即為一種高密度的MgB2超導(dǎo)帶材。
實施例二本實施例中的制備步驟與上述實施例一完全相同。所不同的是①Mg粉和B粉是按Mg∶B＝0.7∶2進行稱取配料；②將球磨得到的MgB2與按化學(xué)計量比為Mg∶B＝0.7∶2的Mg粉和B粉混合時，Mg粉和B粉的加入量與一次燒結(jié)樣品粉末的比例為0.02∶1；③材料的反應(yīng)溫度都控制在750℃，保溫時間都是0.5小時。
實施例三本實施例中的制備步驟與上述實施例一完全相同。所不同的是①Mg粉和B粉是按Mg∶B＝0.8∶2進行稱取配料；②將球磨得到的MgB2與按化學(xué)計量比為Mg∶B＝0.8∶2的Mg粉和B粉混合時，Mg粉和B粉的加入量與一次燒結(jié)樣品粉末的比例為0.05∶1；③材料的反應(yīng)溫度都控制在800℃，保溫時間都是2小時。
實施例四本實施例中的制備步驟與上述實施例一完全相同。所不同的是①Mg粉和B粉是按Mg∶B＝1.1∶2進行稱取配料；②將球磨得到的MgB2與按化學(xué)計量比為Mg∶B＝1.1∶2的Mg粉和B粉混合時，Mg粉和B粉的加入量與一次燒結(jié)樣品粉末的比例為0.1∶1；③材料的反應(yīng)溫度都控制在850℃，保溫時間都是5小時。
實施例五本實施例中的制備步驟與上述實施例一完全相同。所不同的是①Mg粉和B粉是按Mg∶B＝1.2∶2進行稱取配料；②將球磨得到的MgB2與按化學(xué)計量比為Mg∶B＝1.2∶2的Mg粉和B粉混合時，Mg粉和B粉的總重量是15％；③材料的反應(yīng)溫度都控制在900℃，保溫時間都是8小時。
實施例六本實施例中的制備步驟與上述實施例一完全相同。所不同的是①Mg粉和B粉是按Mg∶B＝1.3∶2進行稱取配料；②將球磨得到的MgB2與按化學(xué)計量比為Mg∶B＝1.3∶2的Mg粉和B粉混合時，Mg粉和B粉的加入量與一次燒結(jié)樣品粉末的比例為0.2∶1；③材料的反應(yīng)溫度都控制在950℃，保溫時間都是10小時。
實施例七本實施例中的制備步驟與上述實施例一完全相同。所不同的是①Mg粉和B粉是按Mg∶B＝1.3∶2進行稱取配料；②將一次燒結(jié)、球磨得到的MgB2粉末按照步驟6進行；③一次燒結(jié)的反應(yīng)溫度為800℃，保溫時間為2小時，二次燒結(jié)的溫度為900℃，保溫時間為1小時。
權(quán)利要求
1.一種高密度MgB2超導(dǎo)帶材的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟a、將經(jīng)真空干燥處理過的Mg粉料和B粉料，按物質(zhì)的量比為Mg∶B＝0.7～1.3∶2的比例進行配料，將配料進行均勻研磨后，封入鉭箔；b、將上述鉭箔放置于加熱管內(nèi)，在惰性氣氛下，將加熱管進行加熱，升溫至650～950℃，保溫0.5～10小時；然后將樣品隨爐冷卻，即制成MgB2超導(dǎo)材料；c、將上述的MgB2超導(dǎo)材料從上述鉭箔中取出后，研磨成顆粒度為2～3μm的MgB2粉末；然后在MgB2粉末中加入Mg粉和B粉的混合物，Mg粉和B粉的混合物與MgB2粉末的質(zhì)量比為0-0.2∶1，所述Mg粉和B粉的混合物中Mg粉和B粉的物質(zhì)的量比為0.7～1.3∶2；d、將步驟c得到的混合料進行均勻研磨后，做成預(yù)制件；然后將該預(yù)制件放置于加熱管內(nèi)，并在惰性氣氛下加熱，升溫至650～950℃后保溫0.5～10小時；然后隨爐冷卻，即得到高密度的MgB2超導(dǎo)帶材。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高密度MgB
文檔編號H01B13/00GK1794364SQ20051011191
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者李文獻, 李瑛 , 朱明原, 金紅明, 陳榮華 申請人:上海大學(xué)