本发明专利技术涉及一种高临界电流密度ＭｇＢ↓［２］基超导体及其制备方法。其特征在于该超导体为在ＭｇＢ↓［２］基超导体中弥散分布着碳、锆及其化合物。制备过程为首先将干燥的镁、硼、锆和碳粉末按比例充分混合１－２小时，将混合后的粉末成型，然后置于真空退火炉中，在纯氩气或氩气与氢气的混合气保护下，在７４０℃－７６０℃的温度下保温１－１０小时，最后冷却至室温，制成高临界电流密度的ＭｇＢ↓［２］基超导体。采用碳和金属锆作为助烧剂，碳、锆及其化合物弥散分布在最终获得的ＭｇＢ↓［２］基超导体中，使最终形成的ＭｇＢ↓［２］晶粒细化，有效强化了ＭｇＢ↓［２］晶粒连接。本发明专利技术的方法制备成本低，同时引入了第二相粒子，有效改善了ＭｇＢ↓［２］基超导体的磁通钉扎。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高临界电流密度MgB2基超导体及其制备方法。
技术介绍
2001年初临界温度为39K的二硼化镁(MgB2)新超导体的发现引起了国际学术界的普遍关注，因为它创造了金属间化合物超导材料转变温度的新记录，对理论研究和应用研究都有十分重要的学术价值。虽然MgB2超导体的临界温度仅为39K，但与氧化物高温超导体不同，MgB2具有十分简单的化学成分和晶体结构，材料的成本很低，晶界能承载很高的电流，其本征临界电流密度(Jc)非常高(超过107A/cm2)。同时MgB2的相干长度与钙钛矿型结构的氧化物相干长度要大，这就意味着MgB2中更易于引入有效磁通钉扎中心，改善超导电性。MgB2可以在液氢温区(20K-30K)就实现应用，而低温超导体在这一温区无法工作，液氢温区通过制冷机就能容易获得而无需复杂和昂贵的液氦。综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在20-30K，低场条件下应用具有很明显的价格优势，尤其在MRI磁体(工作磁场1-2T)制造领域。但是MgB2超导体的实际应用必须解决一个关键问题，即提高MgB2超导体的磁通钉扎。纯MgB2超导体在20K下的不可逆场值仅为4-5T，主要原因是MgB2超导体中缺乏有效钉扎中心，磁通钉扎较弱，这就导致在高场下的MgB2超导体的临界电流密度(Jc)较低，影响了MgB2超导体在高温(＞20K)高场下(＞4T)的实际应用。因此提高MgB2超导体磁通钉扎特性将大大促进MgB2超导体的实用化。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种制备过程简单并适宜于大规模生产、且在3特斯拉以上的背景磁场中具有高临界电流密度的MgB2基超导体及其制造方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种高临界电流密度MgB2基超导体，其特征在于该超导体为在MgB2基超导体中弥散分布着碳、锆及其化合物，该超导体原子比组成为Mg∶Zr∶B∶C＝1-x∶x∶2-x∶x，其中0.05≤x≤0.20。本专利技术的一种高临界电流密度MgB2基超导体，其特征在于该MgB2基超导体为片状或块状。本专利技术的一种高临界电流密度MgB2基超导体，其特征在于该MgB2基超导体为截面形状为圆型的线材。一种高临界电流密度MgB2基超导体的制备方法，其特征在于制备过程为首先将干燥的镁、硼、锆和碳粉末按照原子比Mg∶Zr∶B∶C＝1-x∶x∶2-x∶x的比例充分混合1-2小时，其中0.05≤x≤0.20；将混合后的粉末施加压力为20-80MPa压制成片或块，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以大于60℃/分钟的升温速率将制得的片或块材加热，在740℃-760℃的温度下保温1-10小时，最后以大于25℃/分钟的冷却速率冷却至室温，制成高临界电流密度的MgB2基片或块材超导体。本专利技术的一种高临界电流密度MgB2基超导体的制备方法，其特征在于制备过程是首先将干燥的镁、硼、锆和碳粉末，按照原子比Mg∶Zr∶B∶C＝1-x∶x∶2-x∶x的比例充分混合1-3小时，其中0.05≤x≤0.20；将混合后的粉末装入无缝低碳钢管或铌管，再将这一复合体装入无氧铜管中组装成复合体，再将复合体进行室温冷加工过程，经过旋锻、孔型轧制和拉拔三种加工工艺的综合使用加工成线材，线材的最终截面形状为圆型；将加工到最终尺寸和形状的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率将线材加热，在740℃-760℃的温度下保温1-10小时，最后以不低于25℃/分钟的冷却速率将线材冷却至室温，制成截面形状为圆型的MgB2基超导线材。针对本专利技术的方法的研究，发现采用镁和硼的混合粉末作为烧结粉末，在等于大气压条件下制备的常规方法无法获得在高场下具有高临界电流密度的MgB2超导体。而如果在镁和硼的混合粉末中同时添加适量的碳和金属锆作为助烧剂，在等于大气压条件下制备的MgB2基超导体中弥散分布着碳、锆及其化合物，MgB2基超导体表现出高临界电流密度的特征。本专利技术的方法采用碳和金属Zr作为助烧剂，在烧结过程完成后，碳、锆及其化合物弥散分布在最终获得的MgB2基超导体中，所获得的MgB2基超导体在3特斯拉以上的背景磁场中具有高的临界电流密度。碳、锆及其化合物弥散分布在最终获得的MgB2基超导体中，使最终形成的MgB2晶粒细化，有效强化了MgB2晶粒连接。本专利技术可实现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基超导体的磁通钉扎。具体实施方案一种高临界电流密度MgB2基超导体，其特征在于该超导体为在MgB2基超导体中弥散分布着碳、锆及其化合物，该MgB2基原子比组成为Mg∶Zr∶B∶C＝1-x∶x∶2-x∶x，其中0.05≤x≤0.20。制备步骤为(1)将干燥的镁、硼、锆和碳粉末按照原子比Mg∶Zr∶B∶C＝1-x∶x∶2-x∶x的比例充分混合1-2小时，其中0.05≤x≤0.20；(2)将混合后的粉末施加压力为20-80MPa压制成片或块，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以大于60℃/分钟的升温速率将制得的片或块材加热，在740℃-760℃的温度下保温1-10小时，最后以大于25℃/分钟的冷却速率冷却至室温，制成高临界电流密度的MgB2基片或块材超导体。(4)或者将混合后的粉末装入无缝低碳钢管或铌管，再将这一复合体装入无氧铜管中组装成复合体，再将复合体进行室温冷加工过程，经过旋锻、孔型轧制和拉拔三种加工工艺的综合使用加工成线材，线材的最终截面形状为圆型；将加工到最终尺寸和形状的线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率将线材加热，在740℃-760℃的温度下保温1-10小时，最后以不低于25℃/分钟的冷却速率将线材冷却至室温，制成截面形状为圆型的MgB2基超导线材。下面具体说明符合本专利技术的技术实例。实例1将干燥的镁(99％)、硼(99％)、锆(99％)和碳(99％)粉末按照原子比Mg∶Zr∶B∶C＝0.95∶0.05∶1.95∶0.05的比例充分混合2小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的块，施加压力为20MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率将线材加热，在740℃的温度下保温10小时，最后以不低于25℃/分钟冷却速率将片或块材冷却至室温，便制成超导转变温度为38.6K，临界电流密度为4.1×104A/cm2(20K，4T)的MgB2基超导体。实例2将干燥的镁(99％)、硼(99％)、锆(99％)和碳(99％)粉末按照原子比Mg∶Zr∶B∶C＝0.9∶0.1∶1.9∶0.1的比例充分混合1小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的片，施加压力为80MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率将片或块材加热，在760℃的温度下保温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高临界电流密度ＭｇＢ↓［２］基超导体，其特征在于该超导体为在ＭｇＢ↓［２］基超导体中弥散分布着碳、锆及其化合物，该超导体的原子比组成为Ｍｇ∶Ｚｒ∶Ｂ∶Ｃ＝１－ｘ∶ｘ∶２－ｘ∶ｘ，其中０．０５≤ｘ≤０．２０。
【技术特征摘要】
1.一种高临界电流密度MgB2基超导体，其特征在于该超导体为在MgB2基超导体中弥散分布着碳、锆及其化合物，该超导体的原子比组成为Mg∶Zr∶B∶C＝1-x∶x∶2-x∶x，其中0.05≤x≤0.20。2.根据权利要求1所述的一种高临界电流密度MgB2基超导体，其特征在于该MgB2基超导体为片状或块状。3.根据权利要求1所述的一种高临界电流密度MgB2基超导体，其特征在于该MgB2基超导体为截面形状为圆型的线材。4.根据权利要求1和2所述的一种高临界电流密度MgB2基超导体的制备方法，其特征在于制备过程为首先将干燥的镁、硼、锆和碳粉末按照原子比Mg∶Zr∶B∶C＝1-x∶x∶2-x∶x的比例充分混合1-2小时，其中0.05≤x≤0.20；将混合后的粉末施加压力为20-80MPa压制成片或块，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以大于60℃/分钟的升温速率将制得的片或块材加热，在740...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫果，冯勇，卢亚锋，李成山，纪平，吴怡芳，王庆阳，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。