專利名稱：一種二硼化鎂超導材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種二硼化鎂超導材料及其制備方法，特別涉及具有高臨界電流密度的二硼化鎂超導材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
2001年1月，日本Akimitsu等人發(fā)現(xiàn)的臨界轉(zhuǎn)變溫度為39K的二硼化鎂超導體(Nature 410(2001)63)，引起了全世界的廣泛關(guān)注，掀起了研究簡單化合物超導電性的熱潮。二硼化鎂的結(jié)構(gòu)十分簡單，是由Mg和B層交替堆疊而成，在B層內(nèi)，B-B以強共價鍵結(jié)合；在c軸方向，Mg-B以離子鍵結(jié)合，是典型的A1B2六方對稱結(jié)構(gòu)，有系數(shù)約為2的各向異性。二硼化鎂的最大優(yōu)勢在于可以在更高的溫度(20-30K)下應用，而低溫超導體如Nb3Sn、NbTi等在這一溫區(qū)無法工作。與高溫氧化物超導體相比，二硼化鎂在制備和成材方面具有不可比擬的優(yōu)勢，即二硼化鎂超導線的性能價格比將高于氧化物高溫超導體?？傊捎诙鸹V成材容易，成本低廉，因此它很有可能成為最具潛力的新型超導材料，使得制冷機的廣泛應用成為可能。然而，目前與低溫超導體相比，二硼化鎂的臨界電流密度還很低。通常制備二硼化鎂的方法是通過氬氣氛下固態(tài)燒結(jié)B和Mg的混合物，經(jīng)過擴散反應形成二硼化鎂，這種方法制備的二硼化鎂的塊材和帶材通常比較疏松，造成晶粒間的連接性能比較差，從而導致其臨界電流密度較差。在固態(tài)燒結(jié)法制備二硼化鎂的過程中，通過施加壓力可以提高二硼化鎂的致密度，但是，這種方法易降低二硼化鎂的轉(zhuǎn)變溫度，難以制備實用化的塊材和帶材，大大影響了二硼化鎂超導體的實用化進程。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種二硼化鎂超導材料及其制備方法，以提高二硼化鎂超導體的臨界電流密度。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明的二硼化鎂超導材料，其特征在于在二硼化鎂超導材料中摻雜有選自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種金屬化合物X，其組成的摩爾比Mg∶X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本發(fā)明的二硼化鎂超導材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、X粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時，制備含金屬化合物X的二硼化鎂超導材料。
本發(fā)明的二硼化鎂與已有的二硼化鎂相比較，通過金屬化合物X的摻雜，提高了二硼化鎂材料的致密度，改善了晶粒的連接性。另一方面，摻雜可以進入到晶體的晶格，造成晶格畸變，形成晶體缺陷；而且，可以以細小的第二相彌散在整個超導體當中或者可以起到細化晶粒的效果，增加晶界的有效面積，加強了晶界釘扎的作用，最終使得總的磁通釘扎力得以提高，從而提高臨界電流密度。本發(fā)明的二硼化鎂制備方法實用簡單，制備的二硼化鎂超導體既可以作為塊材直接應用，也可以作為線材、帶材的前驅(qū)粉或是作為商業(yè)的二硼化鎂粉末的原材料。用一般的四引線法測試表明，用本發(fā)明的方法所制備的含這種金屬化合物的二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達到104A/cm2；4.2K，10T下其臨界電流密度可以達到3000A/cm2。
具體實施例方式
下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明的二硼化鎂超導材料，其特征在于在二硼化鎂超導材料中摻雜有選自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種金屬化合物X，其組成的摩爾比Mg∶X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本發(fā)明的二硼化鎂超導材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、X粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時，制備含金屬化合物X的二硼化鎂超導材料。
本發(fā)明的二硼化鎂超導材料的制備方法，其特征在于將市售化學純Mg粉、X(WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種)粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時，直接得到具有高臨界電流密度二硼化鎂超導塊材；或者將Mg粉、X粉和B粉混合料裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，然后在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時，得到具有高臨界電流密度二硼化鎂超導帶材。
實施例1制備摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂帶材。將Mg粉、ZrSi2粉和B粉按照摩爾比0.95∶0∶05∶2配制并混合均勻，裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂超導帶材。
這種二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達到104A/cm2；10T下，臨界電流密度可以達到3000A/cm2。
實施例2制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂帶材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.95∶0.05∶2配制并混合均勻，裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導帶材。
這種二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達到5200A/cm2；10T下，臨界電流密度可以達到1700A/cm2。
實施例3制備摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂帶材。將Mg粉、WSi2粉和B粉按照摩爾比0.95∶0.05∶2配制并混合均勻，裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時，制備含摻雜金屬化合物WSi2硼化物的二硼化鎂帶材。隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂超導帶材。
這種二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達到5000A/cm2；10T下，臨界電流密度可以達到1900A/cm2。
實施例4制備摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrSi2粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，950℃保溫4小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂超導塊材。
實施例5制備摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、WSi2粉和B粉按照摩爾比0.8∶0.2∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，850℃保溫2小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂超導塊材。
實施例6制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.8∶0.2∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，950℃保溫4小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導塊材。
實施例7制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.8∶0.2∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，780℃保溫4小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導塊材。
實施例8制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.85∶0.15∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，950℃保溫2小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導塊材。
實施例9制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)熱處理，600℃保溫2.5小時，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導塊材。
權(quán)利要求
1.一種二硼化鎂超導材料，其特征在于在二硼化鎂超導材料中摻雜有選自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種金屬化合物X，其組成的摩爾比Mg∶X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
2.一種制備二硼化鎂超導材料的方法，其特征在于，將Mg粉、X(WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種)粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時。
全文摘要
一種二硼化鎂(MgB
文檔編號C01B35/04GK1712353SQ200410048208
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者馬衍偉 申請人:中國科學院電工研究所