内含二硼化镁粉末的管状丝制造技术

内含二硼化镁(MgB2)粉末的管状(PIT)丝具有显示出

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】内含二硼化镁粉末的管状丝


[0001]本专利技术涉及内含二硼化镁粉末的管状丝，更具体地涉及用作超导丝的内含原位二硼化镁粉末的管状丝。本专利技术还涉及制造这种丝的方法。

技术介绍

[0002]WO 2017/064471A1公开了一种内含原位二硼化镁粉末的管状丝和制造这种丝的方法。
[0003]内含粉末的管状丝由已知的内含粉末管(PIT)技术制成。根据该技术，将前体镁粉末和硼粉末装入一个或多个金属管中。通过拉伸、型锻、轧制和热处理使管机械变形，以获得最终的内含二硼化镁粉末的管状超导丝。
[0004]在非原位路线中，已经反应的二硼化镁粉末用作起始材料。
[0005]在原位路线中，未反应的镁粉末和硼粉末和可能的掺杂粉末用作起始材料。
[0006]WO 2017/064471A1公开了使用对镁粉末或硼粉末或两者呈化学惰性的载液。该液体不氧化成镁粉末和/或不氧化成硼粉末。载液与粉末一起形成在一个或多个管的通道中连续进料的浆体。然后在非氧化性气氛下进行加热，得到固体残余物。通过将粉末混合到惰性载液中，减少了氧化、吸湿等问题，并且将粉末混合到更好的均匀性水平。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一般方面旨在进一步提高超导性能的程度。
[0008]本专利技术的一个更具体的方面旨在将超导体丝中的氧或氧化物定位在对超导性能危害较小的位置。
[0009]本专利技术的另一特定方面旨在进一步降低超导体丝中的氧或氧化物的含量。
[0010]本专利技术的另一方面是允许使用较大的镁粉末而不降低电导性能。
[0011]本专利技术的又一方面是提高超导体丝的正常区域传播速度。
[0012]根据本专利技术的第一方面，提供了一种内含二硼化镁粉末的管状丝，其具有横截面，所述横截面显示出：
[0013]－空隙或空腔，
[0014]－二硼化镁，和
[0015]－氧化物，
[0016]其中氧化物位于空隙和二硼化镁之间的边界处。
[0017]空隙、二硼化镁和氧化物的显影可以通过能量色散X射线光谱实现。
[0018]内含二硼化镁粉末的管状丝优选为内含原位粉末的管状丝。
[0019]大量存在的氧与高反应性镁反应并形成氧化镁。由于该氧化镁的主要部分存在于不可避免的空隙或空腔与二硼化镁之间的边界处，所以在二硼化镁晶体材料中仍然存在非常少的氧。
[0020]因此，二硼化镁具有较强的晶界，因为其仅在非常有限的程度上被氧污染。
[0021]由于电流的路径是经由二硼化镁，所以可以获得更高的临界电流Ic。
[0022]二硼化镁基体中更强的晶界导致改善的晶粒连接性和更好的弯曲性能。这意味着对于相同的丝直径，较小的弯曲半径是可能的，这有利于最终的线圈制造。
[0023]另一个优点是氧化镁的含量和位置不取决于镁粉末的尺寸。因此，可以使用100μm至350μm范围内的较大镁粉末作为起始材料，这降低了起始材料的成本并降低了爆炸的风险。实际上，已知镁具有高度的反应性，并且已知镁粉末的尺寸越小，点燃的风险越大。
[0024]另一个优点是纵向正常区域传播速度高于现有技术的二硼化镁丝。纵向正常区域传播速度确定局部热点沿丝长度的传播速度。高的纵向正常区域传播速度意味着超导体中正常电阻区域的长度快速扩展，导致在线圈末端测量的电阻电压的快速增加。该测量可以进行得越快，可以检测到即将发生的失超就越快，并且可以触发越快的保护方案以保障和保护磁体免受局部过热和不可逆损坏。
[0025]据信，具有较低氧浓度的更均匀的二硼化镁基体将导致较高的n值，并因此导致较高的正常区域传播速度。n值是测量导体均匀性的常用参数。n值越高，正常区域传播速度越高。
[0026]优选多于60％、最优选多于70％、80％、90％或95％的本专利技术氧化物位于空隙和二硼化镁之间的边界处。由于镁的高反应性，这些氧化物的主要部分是氧化镁。氧化镁主要是MgO。
[0027]即使在应用WO2017/064471A1的浆体方法的情况下，也不能避免氧化物。镁是对氧化最具反应性的元素之一。因此，在镁粉末和硼粉末的表面发生氧化。形成氧化镁(主要是MgO)和氧化硼(B2O3)。将镁粉末或硼粉末或两者以及可能的掺杂物如碳化硅加入到对至少一种粉末呈化学惰性的第一载液中。进一步减少最终PIT丝中的氧化物的一种方式是在用第一载液和至少一种粉末形成第一浆体之后，洗涤浆体。该洗涤步骤除去大部分氧化镁和/或氧化硼和/或与掺杂材料形成的氧化物。然后将可以等同于或不同于第一载液的第二载液添加到剩余的残余物中以形成第二浆体。结果是该第二浆体中的氧和氧化物的总量比第一浆体中的少。然而，在第二浆体中仍然存在氧化镁。氧化镁紧邻金属镁颗粒存在。两者与硼颗粒的尺寸相比相对较大。当稍后在该方法中，热处理开始形成二硼化镁时，加热的金属镁在渗入硼粉末中以反应并形成二硼化镁方面几乎没有问题。大部分氧化物留在空隙和二硼化镁基体之间的边界区域。很少的氧化物能够渗透到二硼化镁基体中并影响二硼化镁颗粒的晶粒间连接性。
[0028]除了洗涤步骤之外或作为洗涤步骤的替代，与浆体中的氧化物的受控化学反应可降低最终PIT丝中的氧含量，例如通过使用溶剂。
[0029]在特别优选的实施方式中，作为洗涤步骤的结果，内含二硼化镁粉末的管状丝的氧含量小于5重量％(wt％)、例如小于4wt％、优选小于3wt％、最优选小于2.5wt％。氧含量可以通过扫描电子显微镜和能量色散X射线技术在超导材料的横截面的统计上显著的部分上进行测定，不考虑空隙和空腔的面积，因此在空隙或空腔的面积之外进行测量或计算。
[0030]在本专利技术的另一特定且优选的实施方式中，提供了一种两根或更多根内含原位二硼化镁粉末的管状丝的多丝。这些丝可以捆扎在一起，或者优选地可以缠绕在一起。
[0031]根据本专利技术的第二方面，提供了一种制造内含原位二硼化镁粉末的管状丝的方法。该方法包括以下步骤：
[0032]a)在第一载液中混合镁粉末和/或硼粉末以产生第一浆体；
[0033]b)洗涤所述第一浆体，由此洗掉镁氧化物和/或硼氧化物，留下镁粉末、硼粉末的残余物和剩余的氧化物；
[0034]c)将第二载液添加到所述残余物中以产生第二浆体；
[0035]d)将所述第二浆体添加到预成型的金属护套中；
[0036]e)封闭所述预成型的金属护套以形成管。
[0037]优选地，步骤c)在不干燥残余物的情况下进行。
[0038]优选地，第二载液等同于第一载液。
附图说明
[0039]图1示意性地示出了制造单个内含原位二硼化镁粉末的管状丝的第一步骤。
[0040]图2示意性地示出了制造多丝的以下步骤。
[0041]图3a示出了现有技术的非原位MgB2丝的扫描区域，图3b示出了图3a的扫描区域中的现有技术的非原位MgB2丝的氧的能量色散X射线图。
[0042]图4a示出了现有技术的原位MgB2丝的扫描区域，图4b示出了图4a的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种内含二硼化镁粉末的管状丝，其具有横截面，所述横截面显示出：
‑
空隙，
‑
二硼化镁，和
‑
氧化物，其中，氧化物位于空隙和二硼化镁之间的边界处。2.根据权利要求1所述的丝，其中，丝是内含原位二硼化镁粉末的管状丝。3.根据权利要求1或权利要求2所述的丝，其中，超过60％的氧化物位于空隙和二硼化镁之间的边界处。4.根据权利要求3所述的丝，其中，氧化物是氧化镁。5.根据权利要求4所述的丝，其中，氧化镁是MgO。6.根据前述权利要求中任一项所述的丝，其中，当在不...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：时代电线有限公司，
类型：发明
国别省市：