專利名稱：一種硼化鎂超導(dǎo)線材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種硼化鎂超導(dǎo)線材及其制備方法，涉及一種具有超導(dǎo)性質(zhì)的MgB2相與金屬相組成的圓形超導(dǎo)線材及其制備方法。
背景技術(shù)：
MgB2是一種新近發(fā)現(xiàn)的金屬間化合物超導(dǎo)體，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)39K，填補(bǔ)了中溫超導(dǎo)體的空白，是一種在GM制冷機(jī)工作范圍內(nèi)(10K-30K)具有極大應(yīng)用潛力的新型超導(dǎo)材料。與氧化物高溫超導(dǎo)體材料相比，MgB2的晶體結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，相干長(zhǎng)度大、無晶界弱連接，可以承載很高的電流密度。同時(shí)B元素和Mg元素的價(jià)格低廉，制備成本比高溫和低溫超導(dǎo)體低，因此MgB2的線材的制備受到國際上的廣泛重視。目前MgB2線材制備主要有兩種方法一、直接用商品MgB2粉末裝管，然后經(jīng)過拉拔成線材；二、由S.Jin等在自然雜志上公開了一種用Fe作包套的MgB2作超導(dǎo)線材的制造方法(S.Jin，H.Ma Voori，C，Boveret al.High critical currents in iron-clad superconducting MgB2，wires.Nature，2001.411563-565)。用Mg粉和B粉按MgB2的化學(xué)計(jì)量比裝入鐵管拉拔，再進(jìn)行熱處理，從而生成MgB2相。第一種方法工藝簡(jiǎn)單，但是對(duì)MgB2粉末的純度要求非常高，這就會(huì)增加制備成本，同時(shí)由于MgB2硬度很大，加工過程中線材容易斷裂，從而無法制備具有應(yīng)用價(jià)值的高臨界電流密度MgB2超導(dǎo)長(zhǎng)導(dǎo)線。第二種方法制備的MgB2超導(dǎo)線材中由于是通過Mg和B的反應(yīng)生成MgB2，因此MgB2晶粒連接較好，可以承載較高的電流密度，但是由于在加工過程中要避免MgB2相的生成而不能退火，加工過程中線材極易斷裂，因此很難加工成具有工程應(yīng)用價(jià)值的長(zhǎng)線材。同時(shí)，雖然國際上在MgB2線材短樣品制備上取得了一些進(jìn)展，但是這些線材存在的最大問題是臨界電流密度偏低。目前，對(duì)于具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值的MgB2長(zhǎng)線材的制備尚未有報(bào)道，這就大大影響了MgB2超導(dǎo)體的實(shí)用化過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足，提供一種具有高臨電流密度的硼化鎂超導(dǎo)線材及其制備MgB2超導(dǎo)線材的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種硼化鎂超導(dǎo)線材，其特征在于該超導(dǎo)線由線芯為具有超導(dǎo)性能的MgB2及包覆在具有超導(dǎo)性能的MgB2外的、選自低碳鋼、鎳或鉭的一種的金屬覆層組成。
一種硼化鎂超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于其制備過程為a.將Mg粉和B粉按摩爾比1∶2的比例充分混合研磨，將研磨后的粉末裝入選自低碳鋼管、鎳管或鉭管的一種金屬管內(nèi)，粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉管兩端，再將其金屬管裝入無氧銅管組成復(fù)合體；b.將組裝的復(fù)合體按照每次1mm-1.5mm的道次加工率進(jìn)行旋鍛；然后進(jìn)行孔型軋制，按照每次1.5mm-3.0mm的道次加工率加工成方線；再將方線按照每次0.1mm-0.25mm的道次加工率加工線材；c.將加工后線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，待達(dá)到10-3Pa的真空度后充入氬氣，然后以50℃/分鐘-70℃/分鐘的升溫速率將線材加熱，在670℃-980℃的溫度下保溫1-5小時(shí)，最后以20℃/分鐘-30℃/分鐘的速率將線材冷卻到室溫，得到本發(fā)明的硼化鎂超導(dǎo)線材。
本發(fā)明的一種硼化鎂超導(dǎo)線材，其特征在于一種硼化鎂超導(dǎo)線材截面直徑為0.5mm-3.0mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，采用加工性能優(yōu)良、硬度較大的低碳鋼管外層覆銅管的復(fù)合體作為MgB2的包套材料，有利于在加工過程中將初始的Mg粉和B粉充分破碎，使最終形成的MgB2晶粒細(xì)化，有效強(qiáng)化MgB2晶粒連接，同時(shí)改善了加工過程中金屬流動(dòng)性，避免了出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。其次包套復(fù)合超導(dǎo)體材料經(jīng)過材料旋鍛、孔型軋制和拉拔的綜合加工過程，形成的超導(dǎo)體更致密，因而大大提高了電流密度。另外，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)MgB2線材一次低溫快速燒結(jié)成材，避免了目前普遍采用的高溫?zé)Y(jié)導(dǎo)致的MgB2超導(dǎo)體中雜相含量較大、孔隙多等問題。制備的MgB2線材包括具有超導(dǎo)性能的MgB2和包圍MgB2的金屬層，線材的橫截面呈圓型，直徑為0.5-3.0mm。
具體實(shí)施方案一種硼化鎂超導(dǎo)線材的制備方法，其制備過程為a.將Mg粉和B粉按摩爾比1∶2的比例充分混合研磨，將研磨后的粉末裝入選自低碳鋼管、鎳管或鉭管的一種金屬管內(nèi)，粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉管兩端，再將其金屬管裝入無氧銅管組成復(fù)合體；b.將組裝的復(fù)合體按照每次1mm-1.5mm的道次加工率進(jìn)行旋鍛；然后進(jìn)行孔型軋制，照每次1.5mm-3.0mm的道次加工率加工成方線；再將方線按照每次0.1mm-0.25mm的道次加工率加工線材；c.將加工后線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，待達(dá)到10-3Pa的真空度后充入氬氣或氫氣的保護(hù)氣體，然后以50℃/分鐘-70℃/分鐘的升溫速率將線材加熱，在650℃-800℃的溫度下保溫1-5小時(shí)，最后以20℃/分鐘-30℃/分鐘的速率將線材冷卻到室溫，制成超導(dǎo)溫度不低于39K，具有高臨界電流密度的MgB2實(shí)用超導(dǎo)復(fù)合材。
下面具體說明符合本發(fā)明的實(shí)例。
實(shí)施例1首先將Mg粉和B粉按摩爾比1∶2的比例充分混合研磨1小時(shí)，將研磨后的粉末裝入1米長(zhǎng)的低碳鋼管(內(nèi)徑10mm，壁厚1.5mm)中，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉鋼管兩端，再將鋼管裝入1米長(zhǎng)無氧銅管(內(nèi)徑13.5mm，壁厚2mm)中，繼而，對(duì)這一組裝的復(fù)合體進(jìn)行旋鍛，按照每次1mm的道次加工率加工至直徑為7mm。然后進(jìn)行孔型軋制，按照每次1.5mm的道次加工率加工成邊長(zhǎng)為3mm的方線。將方線按照每次0.1mm的道次加工率加工成直徑為1.7mm，長(zhǎng)度為46米的線材。將加工后線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，待達(dá)到10-3Pa的真空度后充入純氬氣(＞99％)，然后以50℃/分鐘的升溫速率將線材加熱，在800℃的溫度下保溫3小時(shí)，最后以20℃/分鐘的速率將線材冷卻到室溫，便制成超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不低于39K，高傳輸臨界電流密度的MgB2實(shí)用導(dǎo)線復(fù)合材，其傳輸臨界電流密度達(dá)到5.1×104A/cm2(25K，2T)。
實(shí)施例2首先將Mg粉和B粉按摩爾比1∶2的比例充分混合研磨1小時(shí)，將研磨后的粉末裝入0.7米長(zhǎng)的鉭管(內(nèi)徑6mm，壁厚2mm)中，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉管兩端，再將鉭管裝入0.7米長(zhǎng)無氧銅管(內(nèi)徑10mm，壁厚2mm)中，然后，對(duì)這一組裝的復(fù)合體進(jìn)行旋鍛，按照每次2mm的道次加工率加工至直徑為6mm。然后進(jìn)行孔型軋制，按照每次2.1mm的道次加工率加工成邊長(zhǎng)為2.7mm的方線。將方線按照每次0.2mm的道次加工率加工成直徑為0.8mm，長(zhǎng)度為51米的線材。將加工后線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，待達(dá)到10-3Pa的真空度后充入純氬氣(＞99％)，然后以50℃/分鐘的升溫速率將線材加熱，在950℃的溫度下保溫1小時(shí)，最后以20℃/分鐘的速率將線材冷卻到室溫，便制成超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不低于39K，高傳輸臨界電流密度的MgB2實(shí)用導(dǎo)線復(fù)合材，其傳輸臨界電流達(dá)到500安培，其傳輸臨界電流密度達(dá)到6×105A/cm2(4.2K，0T)。
實(shí)施例3首先將Mg粉和B粉按摩爾比1∶2的比例充分混合研磨1小時(shí)，將研磨后的粉末裝入1米長(zhǎng)的鉭管(內(nèi)徑10mm，壁厚1.5mm)中，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉管兩端，再將鉭管裝入0.7米長(zhǎng)無氧銅管(內(nèi)徑10mm，壁厚2mm)中，然后，對(duì)這一組裝的復(fù)合體進(jìn)行旋鍛，按照每次1.5mm的道次加工率加工至直徑為7mm。然后進(jìn)行孔型軋制，按照每次2mm的道次加工率加工成邊長(zhǎng)為3mm的方線。將方線按照每次0.1mm的道次加工率加工成直徑為1.2mm，長(zhǎng)度為52米的線材。將加工后線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，待達(dá)到10-3Pa的真空度后充入純氬氣(＞99％)，然后以50℃/分鐘的升溫速率將線材加熱，在700℃的溫度下保溫1小時(shí)，最后以20℃/分鐘的速率將線材冷卻到室溫，便制成超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不低于39K，高傳輸臨界電流密度的MgB2實(shí)用導(dǎo)線復(fù)合材，其傳輸臨界電流達(dá)到500安培，其傳輸臨界電流密度達(dá)到2.1×104A/cm2(4.2K，0T)。
實(shí)施例4首先將Mg粉和B粉按摩爾比1∶2的比例充分混合研磨1小時(shí)，將研磨后的粉末裝入0.55米長(zhǎng)的低碳鋼管(內(nèi)徑8mm，壁厚1.5mm)中，使粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉管兩端，對(duì)這一組裝的復(fù)合體進(jìn)行旋鍛，按照每次1mm的道次加工率加工至直徑為6mm。然后進(jìn)行孔型軋制，按照每次1.5mm的道次加工率加工成邊長(zhǎng)為3mm的方線。將方線按照每次0.1mm的道次加工率加工成直徑為1.6mm，長(zhǎng)度為35米的線材。將加工后線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，待達(dá)到10-3Pa的真空度后充入純氬氣(＞99％)，然后以50℃/分鐘的升溫速率將線材加熱，在800℃的溫度下保溫3小時(shí)，最后以20℃/分鐘的速率將線材冷卻到室溫，便制成超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度不低于39K，高傳輸臨界電流密度的MgB2實(shí)用導(dǎo)線復(fù)合材，其傳輸臨界電流達(dá)到500安培(4.2K，1T)，其傳輸臨界電流密度達(dá)到5.6×104A/cm2(15K，3T)。
權(quán)利要求
1.一種硼化鎂超導(dǎo)線材，其特征在于該超導(dǎo)線由線芯為具有超導(dǎo)性能的MgB2及包覆在具有超導(dǎo)性能的MgB2外的、選自低碳鋼、鎳或鉭的一種的金屬覆層組成。
2.一種硼化鎂超導(dǎo)線材的制備方法，其特征在于其制備過程為a.將Mg粉和B粉按摩爾比1∶2的比例充分混合研磨，將研磨后的粉末裝入選自低碳鋼管、鎳管或鉭管的一種金屬管內(nèi)，粉末在管中達(dá)到充實(shí)、緊密，然后封閉管兩端，再將其金屬管裝入無氧銅管組成復(fù)合體；b.將組裝的復(fù)合體按照每次1mm-1.5mm的道次加工率進(jìn)行旋鍛；然后進(jìn)行孔型軋制，按照每次1.5mm-3.0mm的道次加工率加工成方線；再將方線按照每次0.1mm-0.25mm的道次加工率加工線材；c.將加工后線材置于真空退火爐中，于室溫下抽真空，待達(dá)到10-3Pa的真空度后充入氬氣，然后以50℃/分鐘-70℃/分鐘的升溫速率將線材加熱，在670℃-980℃的溫度下保溫1-5小時(shí)，最后以20℃/分鐘-30℃/分鐘的速率將線材冷卻到室溫，得到本發(fā)明的硼化鎂超導(dǎo)線材。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的一種硼化鎂超導(dǎo)線材，其特征在于硼化鎂超導(dǎo)線材截面直徑為0.5mm-3.0mm。
全文摘要
一種硼化鎂超導(dǎo)線材及其制備方法，其特征在于該超導(dǎo)線由線芯為具有超導(dǎo)性能的MgB
文檔編號(hào)H01B12/04GK1411004SQ0215373
公開日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者閻果, 馮勇, 劉春芳, 付寶全, 周廉 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院