專利名稱：納米B₄C摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)材料及其制備方法，特別是一種納米氏(摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體及其制備方法。
背景技術(shù)：
二硼化鎂(MgB2)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為39K，介于低溫超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)之間，它是BCS 超導(dǎo)體，其相干長(zhǎng)度為5nm ；與高溫超導(dǎo)材料(HTS)相比，MgB2沒有弱連接影響，即大部分的晶界都可以使電流通過，這說明可以采用已經(jīng)成熟的技術(shù)(如粉末套管法PIT技術(shù))制備具有高電流的MgB2超導(dǎo)線帶材。MgB2超導(dǎo)材料將為電子器件、醫(yī)學(xué)圖像和電源系統(tǒng)配件等低場(chǎng)應(yīng)用開拓廣闊前景，在某些領(lǐng)域可代替已成熟使用的傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)材料Nb3Sru特別是 MgB2粉末易于制備，性能穩(wěn)定可靠，已選擇使用的i^、Ni，Cu及不銹鋼等等包套材料與MgB2 均具有極其低廉的成本，同時(shí)加工工藝極易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這將大大降低生產(chǎn)成本；而相對(duì)于低溫超導(dǎo)材料，39K的臨界轉(zhuǎn)變溫度可以用制冷技術(shù)達(dá)到，而不必使用昂貴的液氦，這一切將使18氏在實(shí)際應(yīng)用中具有更大的可靠性和可行性。目前世界范圍內(nèi)已有美國(guó)、日本、意大利、澳大利亞和英國(guó)等國(guó)家正在研制開發(fā)該材料的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，并且已經(jīng)能夠制備長(zhǎng)達(dá)千米的多芯二硼化鎂超導(dǎo)線材(臨界電流達(dá)320A、14K)，其短樣品測(cè)量表明上臨界磁場(chǎng) (Hc2)達(dá)四！"。因此Mg 極具潛力成為新一代廣泛應(yīng)用的超導(dǎo)材料。雖然1%4沒有弱連接，即晶界不限制電流的通過，但是差的磁通釘扎將會(huì)限制大電流的通過。磁場(chǎng)在介于不可逆磁場(chǎng)(PtlHirr)和上臨界磁場(chǎng)(μ(1Η。2)之間，仍然是超導(dǎo)的，但由于移動(dòng)的磁通線而引起的消耗可使臨界電流密度為零。MgB2的不可逆磁場(chǎng)一般等于一半的上臨界磁場(chǎng)，因此差的磁通釘扎大大限制了這種材料應(yīng)用的潛力。同時(shí)，制備二硼化鎂通常是在氬氣氛中燒結(jié)硼和鎂的混合粉體，經(jīng)擴(kuò)散反應(yīng)形成二硼化鎂，但所形成的二硼化鎂材料比較疏松，造成品粒間連接性能下降，導(dǎo)致二硼化鎂的臨界電流密度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)二硼化鎂的上述技術(shù)問題，提供了一種納米B4C摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體及其制備方法，本發(fā)明通過納米B4C的摻雜，原位法制備致密二硼化鎂超導(dǎo)體的方法，以提高二硼化鎂超導(dǎo)體的不可逆磁場(chǎng)和臨界電流密度。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種納米B4C摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體，其特征在于二硼化鎂超導(dǎo)體摻雜有納米B4C,其組成是鎂粉和硼粉且其原子比為0.9 2至1.1 2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的3%至6%。其中鎂粉的純度為98%至99%，粒度300至400目；硼粉的純度為98% 至99 %，粒度300至400目；納米B4C的尺寸控制在20nm到80nm范圍。本發(fā)明的納米B4C摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體的制備方法，其特征是將干燥的鎂粉、硼粉和納米B4C三種組元，按照鎂粉和硼粉的原子比為0.9 2至1.1 2，加入納米B4C 的質(zhì)量占總質(zhì)量的3%至6%的比例在混粉機(jī)中充分混合，將粉料裝入低碳鋼管中壓實(shí)，然后焊合并封閉鋼管兩端，在二輥軋機(jī)中軋到原尺寸的30-50%形成帶狀試樣；在常壓的氬氣氛爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)爐預(yù)先設(shè)定溫度為900-1100°C，將帶狀試樣置于爐內(nèi)燒結(jié)15-30分鐘， 制備得到低碳鋼管內(nèi)的納米B4C摻雜的二硼化鎂超導(dǎo)體。由于納米B4C摻雜，其中部分碳原子進(jìn)入二硼化鎂品格中，導(dǎo)致品格扭曲，產(chǎn)生晶體缺陷，增加能帶間雜質(zhì)散射，提高上臨界場(chǎng)，達(dá)到提高二硼化鎂的臨界電流密度；摻雜的 B4C納米粒子，部分還能起到磁通釘扎作用，提高二硼化鎂的超導(dǎo)性能。


圖1本發(fā)明實(shí)施例一方法制備的二硼化鎂超導(dǎo)體的掃描電子顯微鏡照片。圖2現(xiàn)有方法制備的二硼化鎂超導(dǎo)體的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將純度為99%，粒度為400目的鎂粉，純度為99%，粒度350目的硼粉，和尺寸控制在50nm左右的納米B4C粉，按照鎂粉和硼粉的原子比為1.1 2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的3%的比例在混粉機(jī)中充分混合，將粉料裝入低碳鋼管中壓實(shí)，然后焊合鋼管兩端， 在二輥軋機(jī)中軋到原尺寸的30%形成帶狀試樣；在常壓的氬氣氛爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)爐預(yù)先設(shè)定溫度為1100°C，將帶狀試樣置于爐內(nèi)燒結(jié)15分鐘，制備得到低碳鋼管內(nèi)的納米B4C摻雜的二硼化鎂超導(dǎo)體。該二硼化鎂樣品的致密度達(dá)90% (圖1)，比未摻雜B4C的二硼化鎂致密度提高了 18% (圖2)。實(shí)施例2將純度為99%，粒度為300目的鎂粉，純度為99%，粒度300目的硼粉，和尺寸控制在70nm左右的納米B4C粉，按照鎂粉和硼粉的原子比為1 2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的4%的比例在混粉機(jī)中充分混合，將粉料裝入低碳鋼管中壓實(shí)，然后焊合鋼管兩端， 在二輥軋機(jī)中軋到原尺寸的40%形成帶狀試樣；在常壓的氬氣氛爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)爐預(yù)先設(shè)定溫度為900°C，將帶狀試樣置于爐內(nèi)燒結(jié)30分鐘，制備得到低碳鋼管內(nèi)的納米B4C摻雜的二硼化鎂超導(dǎo)體。該樣品自場(chǎng)臨界電流密度達(dá)2. OX 105A/cm2，不可逆場(chǎng)大于4. 2特斯拉。實(shí)施例3將純度為99%，粒度為350目的鎂粉，純度為99%，粒度400目的硼粉，和尺寸控制在40nm左右的納米B4C粉，按照鎂粉和硼粉的原子比為0.95 2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的6%的比例在混粉機(jī)中充分混合，將粉料裝入低碳鋼管中壓實(shí)，然后焊合鋼管兩端，在二輥軋機(jī)中軋到原尺寸的50%形成帶狀試樣；在常壓的氬氣氛爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)爐預(yù)先設(shè)定溫度為1000°C，將帶狀試樣置于爐內(nèi)燒結(jié)20分鐘，制備得到低碳鋼管內(nèi)的納米B4C 摻雜的二硼化鎂超導(dǎo)體。該樣品自場(chǎng)臨界電流密度達(dá)2. 6X 105A/cm2，不可逆場(chǎng)大于4. 7特斯拉。
權(quán)利要求
1.一種納米B4C摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體，其特征在于a.二硼化鎂超導(dǎo)體摻雜有納米B4C,其組成是鎂粉和硼粉且其原子比為0.9 2至 1. 1 2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的3%至6%，b.其中鎂粉的純度為98%至99%，粒度300至400目；硼粉的純度為98%至99%，粒度 300至400目；納米B4C的尺寸控制在20nm到80nm范圍。
2.—種權(quán)利要求1所述納米B4C摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體的制備方法，其特征a.將干燥的鎂粉、硼粉和納米B4C三種組元，按照鎂粉和硼粉的原子比為0.9 2至 1. 1 2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的3%至6%的比例在混粉機(jī)中充分混合，b.將粉料裝入低碳鋼管中壓實(shí)，然后焊合并封閉鋼管兩端，在二輥軋機(jī)中軋到原尺寸的30-50%形成帶狀試樣，c.在常壓的氬氣氛爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)爐預(yù)先設(shè)定溫度為900-1100°C，將帶狀試樣置于爐內(nèi)燒結(jié)15-30分鐘，制備得到低碳鋼管內(nèi)的納米B4C摻雜的二硼化鎂超導(dǎo)體。
全文摘要
一種納米B4C摻雜的致密二硼化鎂超導(dǎo)體，摻雜有納米B4C，其組成是鎂粉和硼粉且其原子比為0.9∶2至1.1∶2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的3%至6%的制備方法，將干燥的鎂粉、硼粉和納米B4C三種組元，按照鎂粉和硼粉的原子比為0.9∶2至1.1∶2，加入納米B4C的質(zhì)量占總質(zhì)量的3%至6%的比例在混粉機(jī)中充分混合，將粉料裝入低碳鋼管中壓實(shí)，然后焊合鋼管兩端，在二輥軋機(jī)中軋到原尺寸的30-50%形成帶狀試樣；在常壓的氬氣氛爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)爐預(yù)先設(shè)定溫度為900-1100℃，將帶狀試樣置于爐內(nèi)燒結(jié)15-30分鐘，制備得到低碳鋼管內(nèi)的納米B4C摻雜的二硼化鎂超導(dǎo)體。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102229497SQ20111005345
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者余新泉, 余海濤, 張友法, 施智祥, 胡敏強(qiáng), 陳鋒 申請(qǐng)人:東南大學(xué)