CN104129799B - 一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法 - Google Patents

一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104129799B
CN104129799B CN201410346587.1A CN201410346587A CN104129799B CN 104129799 B CN104129799 B CN 104129799B CN 201410346587 A CN201410346587 A CN 201410346587A CN 104129799 B CN104129799 B CN 104129799B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
mgb
preparation
powder body
boronation magnesium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201410346587.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104129799A (zh
Inventor
周雅伟
高晓菊
满蓬
牟晓明
曹剑武
燕东明
谢威
李大吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
No 52 Institute of China North Industries Group Corp Yantai Branch
Original Assignee
No 52 Institute of China North Industries Group Corp Yantai Branch
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by No 52 Institute of China North Industries Group Corp Yantai Branch filed Critical No 52 Institute of China North Industries Group Corp Yantai Branch
Priority to CN201410346587.1A priority Critical patent/CN104129799B/zh
Publication of CN104129799A publication Critical patent/CN104129799A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104129799B publication Critical patent/CN104129799B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

本发明属于粉体超导材料制备领域，尤其涉及一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，步骤如下：在氩气环境下，将NaBH4粉末和Mg粉末按照摩尔比为(2～2.5)：1混合均匀，研磨压片后放入钽杯中；将钽杯放入石英管式炉中热处理，最后降至室温，得黑色MgB2粉末。本发明的制备工艺简单，合成时间短，使用的原料廉价易得，制得的二硼化镁纯度高、杂质少，其超导临界转变温度为38.0K，十分接近理论值。

Description

一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法
技术领域
本发明属于粉体超导材料制备领域，尤其涉及一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法。
背景技术
二元金属硼化物MgB2超导特性的发现，引起了该领域的研究者对超导材料的基础理论研究和应用的极大关注。MgB2具有相对较高的临界温度，其转变温度接近40K,具有较大的超导相关长度(5nm)、高的临界电流密度以及较宽的能隙，且易于合成，因此在超导器件方面具有巨大的应用潜力。
目前，关于MgB2粉末和块材的制备方面，大都是利用单质硼和镁制备而成的，王建波等人用0.05mm厚的钽箔包裹住非晶硼粉和过量10％的分析纯镁粉，经800℃煅烧4h制备出了高纯MgB2粉体；Radev等人以Mg粉和B粉为原料采用机械激活自蔓延高温合成法制备了70～80nm的MgB2粉末；Varin等以Mg粉和B粉为原料采用可控放电辅助机械合金化法制备了MgB2纳米粉末。以上这些方法的缺点在于单质B粉的价格较为昂贵，并且提纯困难。
有关于用非单质硼来制备MgB2的研究相对较少，高召顺等人利用B2O3和Mg制备得到的MgB2样品中，MgO为主相而且难以除掉；Cooley等人报道了利用B6Si和Mg得到MgB2，但是B6Si价格比较昂贵；Tan等人以MgB4为前驱体，采用两步法制备得到了MgB2，但是这种方法工艺复杂，提高了成本，并且容易引入杂质相。
综上所述，开发出利用廉价非单质硼原料来制备合成MgB2超导粉的方法对于其应用有着重要的意义。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用廉价的非单质硼源、采用传统的固相烧结工艺来直接合成MgB2的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氩气环境下，将NaBH4粉末和Mg粉末按照摩尔比为(2～2.5)：1混合均匀，研磨压片后放入钽杯中；
(2)将步骤(1)的钽杯放入石英管式炉中，在100mL/min的氩气流下，从室温升至460～500℃保温2～3h，升温至600～650℃保温1～2h，继续升温至800～850℃保温2～3h，最后降至室温，得黑色MgB2粉末。
其中，步骤(2)中所述的升温速率和降温速率均为5℃/min。
反应过程中的主要反应：NaBH4→Na+B+2H2↑
2B+Mg→MgB2
本发明的特点和有益效果在于：
1、NaBH4粉末在分解过程产生氢气，有助于减少Mg粉末的氧化，提高了所得产物二硼化镁的纯度；
2、流动氩气能够减少Mg的氧化及NaBH4分解产生的Na的氧化，并且使高温下形成的Na蒸气随氩气的流动挥发出去；
3、本发明的制备工艺简单，合成时间短，使用的原料廉价易得，制得的二硼化镁纯度高、杂质少，其超导临界转变温度为38.0K，十分接近理论值。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的MgB2的XRD图谱；
图2为本发明实施例1制得的MgB2的SEM图谱；
图3为本发明实施例1制得的MgB2的SEM-EDS图谱；
图4为本发明实施例1制得的MgB2的TEM图谱；
图5为本发明实施例1制得的MgB2的SAED图谱；
图6为本发明实施例1制得的MgB2的电阻随温度变化的曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例采用荷兰帕纳科公司X’PertMPDPRO型X射线衍射仪进行XRD分析，采用日本电子株式会社的JSM-7000F型扫描电子显微镜观测样品形貌，采用牛津印加X射线能量色散谱仪对样品进行元素分析，采用日本电子株式会社的JEM-2100型透射电子显微镜分析获得透射电子显微镜照片和选区电子衍射照片，采用美国AdvancedResearchSystems公司的液氦低温系统和四探针法测量样品电阻随温度变化的曲线。
实施例1
一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氩气环境下，将NaBH4粉末和Mg粉末按照摩尔比为2：1混合均匀，研磨压片后放入钽杯中；
(2)将步骤(1)的钽杯放入石英管式炉中，在100mL/min的氩气流下，从室温升至460℃保温2h，升温至600℃保温1h，继续升温至800℃保温2h，最后降至室温，得黑色MgB2粉末，其中升温速率和降温速率均为5℃/min。
经检测，所得的MgB2样品纯度为99.0％，其超导临界转变温度Tc＝38.0K。
图1为本实施例制得的MgB2粉末的XRD图，从图中可以看到样品主相为MgB2，此外还有少量的MgO相的出现，产生MgO的原因是由于氩气中含有微量氧。在图1中没发现Na的化合物的相，主要是因为大多数由NaBH4分解产生的Na在高温下形成Na蒸气，随着氩气的流动从样品中挥发出去，而残留下来的微量的Na可能形成了Na的某种化合物，但是由于含量比较少，因此在XRD的测试中无法测定。
图2是MgB2样品的SEM图谱，从图中可以看到六边形的微观形貌的存在(图中用大写字母A标注)，与MgB2属于六方晶系化合物的理论相符，这也进一步证实了MgB2的存在。从图中能够清楚观察到的六边形的形貌并不多，这主要是因为在烧结过程中MgB2晶粒之间产生了大量的团聚。
图3是MgB2样品的SEM-EDS图谱，从图中可以看到出现了Na元素的峰，此外，能谱图中还出现B和O元素的峰，由此推测可能是形成了Na-B-O的化合物。
图4是MgB2样品的TEM照片，从图中可以观察到棒状的微观结构。
图5是MgB2样品的SAED图谱，即选区电子衍射花样图，从图中可以看到衍射花样为同心圆弧线或者斑点，由此可以判定样品是多晶的，且晶粒尺寸较大，这正是前面所讨论过的晶粒之间团聚所造成的结果。各个衍射环对应的晶面的d值分别为d1＝0.2130nm,d2＝0.1543nm,d3＝0.1249nm,分别对应六方晶系MgB2的(101)、(110)、(201)面。
图6是MgB2样品的电阻随温度变化的曲线，右下角的插图是转变区间的放大图，从右下角的插图中可以看到MgB2样品的起始转变温度Tc,on＝39.0K，零电阻温度Tc0＝36.8K，超导临界转变温度Tc为38.0K，很接近块材MgB2的理论超导临界转变温度39.0K，但还是略有偏差，这主要是因为有杂质MgO和Na-B-O化合物的存在。因为在MgB2体系中，其超导临界转变温度对杂质的存在很敏感，即使有少量的杂质存在都会使得Tc降低。
实施例2
一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氩气环境下，将NaBH4粉末和Mg粉末按照摩尔比为2.5：1混合均匀，研磨压片后放入钽杯中；
(2)将步骤(1)的钽杯放入石英管式炉中，在100mL/min的氩气流下，从室温升至500℃保温3h，升温至650℃保温2h，继续升温至850℃保温3h，最后降至室温，得黑色MgB2粉末，其中升温速率和降温速率均为5℃/min。
经检测，所得的MgB2样品纯度为98.1％，其超导临界转变温度Tc＝38.0K。
实施例3
一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在氩气环境下，将NaBH4粉末和Mg粉末按照摩尔比为2.3：1混合均匀，研磨压片后放入钽杯中；
(2)将步骤(1)的钽杯放入石英管式炉中，在100mL/min的氩气流下，从室温升至480℃保温2.5h，升温至620℃保温1.8h，继续升温至830℃保温2.4h，最后降至室温，得黑色MgB2粉末，其中升温速率和降温速率均为5℃/min。
经检测，所得的MgB2样品纯度为98.3％，其超导临界转变温度Tc＝38.0K。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在氩气环境下，将NaBH4粉末和Mg粉末按照摩尔比为(2～2.5)：1混合均匀，研磨压片后放入钽杯中；
(2)将步骤(1)的钽杯放入石英管式炉中，在100mL/min的氩气流下，从室温升至460～500℃保温2～3h，升温至600～650℃保温1～2h，继续升温至800～850℃保温2～3h，最后降至室温，得黑色MgB2粉末。
2.根据权利要求1所述的一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的升温速率和降温速率均为5℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法，其特征在于制得的MgB2粉末的超导临界转变温度为38.0K。
CN201410346587.1A 2014-07-18 2014-07-18 一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法 Expired - Fee Related CN104129799B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410346587.1A CN104129799B (zh) 2014-07-18 2014-07-18 一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410346587.1A CN104129799B (zh) 2014-07-18 2014-07-18 一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104129799A CN104129799A (zh) 2014-11-05
CN104129799B true CN104129799B (zh) 2016-06-08

Family

ID=51802718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410346587.1A Expired - Fee Related CN104129799B (zh) 2014-07-18 2014-07-18 一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104129799B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111333077B (zh) * 2020-02-14 2022-11-22 中国科学院金属研究所 一种高纯二硼化铝的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1329370A (zh) * 2001-07-16 2002-01-02 西北有色金属研究院 一种MgB2超导材料及其制备方法
CN102074309A (zh) * 2010-11-28 2011-05-25 上海大学 一种硼化镁复合超导材料的制备方法
CN103848626A (zh) * 2014-02-25 2014-06-11 上海大学 不同超导相含量硼化镁-氧化镁复相超导材料的原位制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5889116B2 (ja) * 2012-06-11 2016-03-22 株式会社日立製作所 ＭｇＢ２超電導線材およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1329370A (zh) * 2001-07-16 2002-01-02 西北有色金属研究院 一种MgB2超导材料及其制备方法
CN102074309A (zh) * 2010-11-28 2011-05-25 上海大学 一种硼化镁复合超导材料的制备方法
CN103848626A (zh) * 2014-02-25 2014-06-11 上海大学 不同超导相含量硼化镁-氧化镁复相超导材料的原位制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Synthesis of MgB2 at Low Temperature and Autogenous Pressure;Ian D.R.Mackinnon et al.;《Materials》;20140515;第7卷(第5期);第3901-3918页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104129799A (zh) 2014-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pak et al. Vacuumless synthesis of tungsten carbide in a self-shielding atmospheric plasma of DC arc discharge
Xing et al. A brief review of metallothermic reduction reactions for materials preparation
Liu et al. Chrysanthemum-like high-entropy diboride nanoflowers: A new class of high-entropy nanomaterials
Wang et al. Templating synthesis of uniform Bi 2 Te 3 nanowires with high aspect ratio in triethylene glycol (TEG) and their thermoelectric performance
Sharifi et al. Mechanochemical assisted synthesis of B4C nanoparticles
Shao et al. Synthesis and hydrogen storage behavior of Mg–Co–H system at nanometer scale
Liu et al. Preparation of ultrafine WC–Co composite powder by in situ reduction and carbonization reactions
Wang et al. Preparation and characterization of nanocrystalline Mg2FeH6
Yang et al. A novel and simple method for large-scale synthesis of nanosized NbC powder by disproportionation reaction in molten salt
Pak et al. Synthesis of transition metal carbides and high-entropy carbide TiZrNbHfTaC5 in self-shielding DC arc discharge plasma
Liu et al. Synthesis and characterization of nanosized Ti3AlC2 ceramic powder by elemental powders of Ti, Al and C in molten salt
Mo et al. Solid-state reaction synthesis of boron carbonitride nanotubes
Aprea et al. Nanosized rare-earth hexaborides: low-temperature preparation and microstructural analysis
Wang et al. Reaction coupling preparation of high sintering activity boron carbide nano-powders
Shen et al. A simple route to prepare nanocrystalline titanium carbonitride
CN104152734A (zh) 球形钨粉制备钨铜合金的方法
CN106672988A (zh) 一种高纯稀土硼化物的制备方法
Yin et al. A comparative study of NbF5 catalytic effects on hydrogenation/dehydrogenation kinetics of Mg-Zn-Ni and Mg-Cu-Ni systems
CN104129799B (zh) 一种二硼化镁粉体超导材料的制备方法
Shi et al. Phase formation process of bulk MgB2 analyzed by differential thermal analysis during sintering
CN103601188B (zh) 高熔点导电硬陶瓷材料钽的碳化物的制备方法
Wang et al. Effect of NaCl on synthesis of ZrB 2 by a borothermal reduction reaction of ZrO 2
Haldorai et al. Facile synthesis of CuO nanospindles from a 3D coordination complex and its application to nanofluids
Xie et al. Hydrogen arc plasma promotes the purification and nanoparticle preparation of tungsten
CN110483057A (zh) 一种掺杂钽元素的四硼化钨材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160608

Termination date: 20180718

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee