一种制备高致密二硼化镁超导线、带材的方法技术

一种制备高致密二硼化镁超导线、带材的方法，其具体作法是：A.将无定 形硼粉加入装有足量有机溶剂的容器中，超声波振荡10～60分钟；然后干燥至 有机溶剂完全挥发得硼粉；B.按镁、硼化学计量比1∶2的比例取镁粉以及A步 制得的硼粉研磨，得前驱粉；C.将前驱粉装入阻挡层管中，压实并密封；D. 将阻挡层管装入包套管中，在包套管内空隙处填满金属粉末后密封；E.将包套 管压制成带材或拨拉成线材；F.将线材或带材放入管式炉中，在氩气保护下， 以1～10℃/分钟升温至700～900℃，保温0.1-10小时，冷却至室温。该法制 备的MgB2超导材料，致密度高、晶粒均匀且连接性好，超导性能好；且该方法 工艺简单，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二硼化镁超导材料的制备方法。
技术介绍
高性能的超导材料是发展超导电力，超导磁体，超导储能等应用的基础。二硼化镁(MgB2)超导材料被认为在20-30K，小于5T磁场下具有巨大的应用潜力。 目前在20K温度下，二硼化镁的不可逆场已经达到IOT，与传统的低温超导材料 (如,NbTi,Nb3Sn)相比，具有明显的优势。目前，普遍采用的制备MgB2超导线带材的方法是基于固态反应的原位粉末套 管法(in-situPIT)。其作法是按MgB2中镁、硼的化学计量比，将Mg粉或屑 和无定形硼粉填充在以Fe/不锈钢等做为包套材料的包套管中，在包套管与Mg 粉和硼粉间用Cu/Ta/Ti等作阻挡层(或称为稳定层)，将包套管密封后，经过 扎巻等成型加工，然后进行高温热处理获得MgB2带、线材。这种方法由于工艺 简单，快捷，成本低，因此得到普遍的应用。但是，由该方法制备的MgB2存在 大量的孔洞，致密性很差，测试表明，制备的MgB2超导材料的密度只能达到其 理论密度2. 62g/cm4々50%,有效截面积只有8-17%。产生这种现象的原因是 由于无定形硼表面吸附的空气及硼氧化物的存在，使其流通性差，在固相反应时: 融化的Mg向B的扩散，而B很难向Mg扩散，Mg扩散后，在Mg原来位置会留下 大量的空洞，使得二硼化镁的密度低，致密性差，超导性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备致密的二硼化镁超导材料的方法，采用该方 法制备的MgB2超导材料，致密度高、晶粒均匀且连接性好，超导性能好；且该 方法工艺简单，适合工业化生产。本专利技术实现其专利技术目的，所采用的技术方案为 一种制备高致密二硼化镁超 导线、带材的方法，其具体作法是A、预处理将无定形硼粉加入装有足量有机溶剂的容器中，将容器放入超 声波振荡器中振动10~60分钟；然后干燥，使有机溶剂完全挥发，得分散的硼 粉；所述有机溶剂为沸点低于250°C,不与硼粉发生化学反应，且不能溶解硼粉3的有机溶剂；B、 制备前驱粉^4美、硼化学计量比1: 2的比例取4美粉和A步干燥后的硼 粉，进行球磨或者研磨均匀混合成前驱粉；C、 装入阻挡层管将B步的前驱粉装入金属制成的阻挡层管中，压实，并 将阻挡层管密封；D、 装入包套管将多根C步的阻挡层管装入金属的包套管中，并在包套管 内的空隙处填满金属粉末，并将包套管密封；E、 成型将D步的包套管压制成带材或拨4i成线材；F、 热处理将E步的线材或带材放入管式炉中，在氩气保护气氛下，以1~ 1(TC/分钟的速率，升温至700 90(TC后，保温O. 1-IO小时，然后随炉冷却至 室温，即得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是与现有的固相反应法相比，本专利技术方法制备MgB2时，首先对硼粉在有机溶剂 中进行^t处理，即在B粉中倒入足量的有机溶剂，然后放入超声波中进行超 声分散。在有机溶剂中环境中，通过高频的震荡，使得纳米B粉表面活性增强， 表面原先吸附的空气被释放，以及硼氧化物被去掉，使得B粉的流通性得到增 强。反应时，Mg向B扩散生成MgB2的同时，B也向Mg流通，填满了Mg扩散留下 的孔隙，因此，显著提高了该方法制备的MgB2的致密性，解决了固相反应生成 的MgB2多孔性的难题。实验证明，采用本专利技术方法制备的MgB2超导线带材，致 密性好，其密度最高可达到MgB2理论密度的70%,即l. 85g/cm3,与现有固相方 法相比提高了近20%;通过扫描电镜(SEM)图可以看出，其晶粒连接性也明显 提高；测试还表明通过本专利技术方法制备的MgB2在^F兹场下的临界电流密度也显著 提高，其超导性能好。上述A步的中有机溶剂为曱苯(C7HJ、丙酮(CH3C0CHJ、无水酒精(C2H5OH )、 无水乙酸(CH3COOOH)、无水丙酸(C3HA)中的一种。这些均为价4^f氐廉，且易 于获得的有机溶剂。上述A步中对含有硼粉的有机溶剂进行干燥的具体作法为将装有硼粉和有 机溶剂的容器放在红外干燥器或者真空干燥器中，进行緩慢加热，直到溶剂全 部挥发。这样以能进一步有利于硼粉的分散，促进其扩散。下面结合附图和具体的实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明图la、图lb、图lc是未进行预处理的固相反应法制备的MgB2线材分别放大 300、 1000、 50000倍的的扫描电镜(SEM)图。图2a、图2b、图2c、图2d为用实施例一方法制备的MgB2线材分别为放大 300、 1000、 10000、 50000倍的扫描电镜(SEM)图。图3为用实施例一方法及现有未经预处理的固相反应法制备的MgB2超导线材 的磁化强度随温度的变化曲线。其中■构成的曲线是实施例一方法制备的 MgB2的磁化强度随温度的变化曲线超；O构成的曲线是现有方法制备的MgB2 超导线材的磁化强度随温度的变化曲线。其中横轴表示温度，单位开U)， 纵轴为磁化强度，单位emu/cm3。图4为用实施例一方法及现有方法制备的MgB2超导线材的义O0曲线。图中 其中■构成的曲线是实施例一方法制备的MgB2的乂G0曲线；〇构成的 曲线是现有方法制备的MgB2超导线材的乂(历曲线。其中横轴表示外加磁场强度， 单位:特斯拉(T )，纵轴为临界电流密度义，单位:安培/平方厘米(A/cm2)。图5a、图5b为用实施例二方法制备的MgB2线材分别放大1000、 50000倍的 扫描电镜(SEM)图。图6a、图6b为用实施例三方法制备的MgB2线材分别;改大1000、 50000倍的 扫描电镜(SEM)图。图7a、图7b为用实施例四方法制备的MgB2线材分别放大1000、 50000倍的 扫描电镜(SEM)图。具体实施方式 实施例一本专利技术的一种具体实施方式为A、 预处理取lg的无定形硼粉和20mL的曱苯装入同一个烧杯中，然后将 烧杯放入超声波振荡器中，振动IO分钟。将振荡过后的硼粉放在红外干燥器中， 緩慢加热，直到曱苯完全挥发掉为止。B、 制备前驱粉按镁、硼化学计量比1: 2的比例取镁粉和A步干燥后的硼 粉，采用手工研磨的方法均匀混合成前驱粉。5C、 装入阻挡层管将B步研磨好的前驱粉填入到的金属阻挡层管中，并将 阻挡层管密封。在实施时，其具体作法可以是先将金属阻挡层管一端密封， 然后装入前驱粉并压实，最后密封金属阻挡层管的另 一端。D、 装入包套管把C步装好的阻挡层管装入到金属包套管中，并在空隙处 填入足量金属粉末，并将金属包套管密封。其具体作法是先将包套管的一端 密封，然后装入金属包套管，再在金属包套管的间隙之间填满金属粉未，最后 密封金属包套管的另一端。E、 成型将D步的包套管经过多次拔拉成3mm的线材。F、 热处理将E步的线材》文入管式炉中，在氩气保护气氛下，以5。C/分钟 的速率，升温至75(TC后，保温2小时，然后随炉冷却至室温，即得单芯的金属 包套的MgB2线材。图2a、图2b、图2c、图2d为用本例方法制备的MgB2线材分别为放大300、 1000、 10000、 50000倍的扫描电镜(SEM)图。由图中可见，MgB2线材的形貌非 常致密，晶粒连接良好，无孔洞。图la、图lb、图lc是未进行预处理的固相反应法制备的MgB2线材分别放大 300、 1000、 50000倍的的扫描电镜(SEM)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高致密二硼化镁超导线、带材的方法，其具体作法是：　Ａ、预处理：将无定形硼粉加入装有足量有机溶剂的容器中，将容器放入超声波振荡器中振动１０～６０分钟；然后干燥，使有机溶剂完全挥发，得分散的硼粉；所述有机溶剂为沸点低于２５０℃，不与硼粉发生化学反应，且不能溶解硼粉的有机溶剂；　Ｂ、制备前驱粉：按镁、硼化学计量比１∶２的比例取镁粉和Ａ步干燥后的硼粉，进行球磨或者研磨均匀混合成前驱粉；　Ｃ、装入阻挡层管：将Ｂ步的前驱粉装入金属制成的阻挡层管中，压实，并将阻挡层管密封；　Ｄ、装入包套管：将多根Ｃ步的阻挡层管装入金属的包套管中，并在包套管内的空隙处填满金属粉末，并将包套管密封；　Ｅ、成型：将Ｄ步的包套管压制成带材或拨拉成线材；　Ｆ、热处理：将Ｅ步的线材或带材放入管式炉中，在氩气保护气氛下，以１～１０℃／分钟的速率，升温至７００～９００℃后，保温０．１－１０小时，然后随炉冷却至室温，即得。

【技术特征摘要】
1、一种制备高致密二硼化镁超导线、带材的方法，其具体作法是A、预处理将无定形硼粉加入装有足量有机溶剂的容器中，将容器放入超声波振荡器中振动10～60分钟；然后干燥，使有机溶剂完全挥发，得分散的硼粉；所述有机溶剂为沸点低于250℃，不与硼粉发生化学反应，且不能溶解硼粉的有机溶剂；B、制备前驱粉按镁、硼化学计量比1∶2的比例取镁粉和A步干燥后的硼粉，进行球磨或者研磨均匀混合成前驱粉；C、装入阻挡层管将B步的前驱粉装入金属制成的阻挡层管中，压实，并将阻挡层管密封；D、装入包套管将多根C步的阻挡层管装入金属的包套管中，并在包套管内的空隙处填满金属粉末，并将包套管密封；E、成型将D步的包套管压制成带材或拨拉成线材；F...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘熙峰，赵勇，
申请(专利权)人：潘熙峰，赵勇，
类型：发明
国别省市：90