CN105271282A

CN105271282A - 一种MgB2的制备工艺

Info

Publication number: CN105271282A
Application number: CN201510717403.2A
Authority: CN
Inventors: 沈秋
Original assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Wuxi Qingyang Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-01-27

Abstract

本发明公开了一种MgB₂的制备工艺，将原料按照一定的配比烧结，球磨酸洗后制备得到MgB₂颗粒，包括：B₂O₃球磨—确定原材料的配比—粉末冷压成型—抽真空—烧结—球磨—酸洗提纯—真空烘干。原材料为Mg和B粉或Mg粉和B₂O₃，镁粉粒度为0.2μm，B粉粒度为0.32μm，配比为5:1。抽真空的真空度为1×10^-3Pa，烧结式压力为400—500MPa，烧结温度为1000—1100度，烧结时间为40—50min。酸洗溶液为盐酸溶液，浓度4mol/L，酸洗时间为30—40min，采用机械搅拌。该发明制备得到的MgB₂粉体纯度高，硬度大，熔点高，并且工艺流程简单，适合于大规模生产。

Description

一种MgB2的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种MgB₂的制备工艺。

背景技术

1911年Onnes首先发现Hg在4.2K附近电阻陡然将为零，这是超导电现象的首次发现。这种物质在低温下电阻完全消失的现象称为超导体的零电阻效应，是超导电性的一个本质特征。1933年，Meissner和Ochsenfeld对超导圆柱体Pb和Sn在垂直其轴方向上外加磁场时，测量了超导圆柱体外面附近空间的磁通密度分布，发现超导圆柱体内部磁感应强度等于零，而且，这一现象与冷却和外加磁场的次序无关。这一现象揭示了超导电性的另一本质特征：超导体处于超导态时，超导体内部的磁感应强度恒等于零，超导体内部的磁通量被全部排出到超导体外面，这种现象称为完全抗磁性，又称为迈斯纳效应。迈斯纳效应揭示了超导体与理想导体完全不同的磁性质，它使人们认识到超导体不能只看作是电阻为零的理想导体，而应当被看作同时具备零电阻和完全抗磁性这两个特征的新物理状态。从而零电阻和完全抗磁性便成为判断某一物态是否是超导态的两个基本判据。

十年中，对各种元素、化合物和碳纳米管等掺杂对MgB2超导体的超导电性的影响也进行了大量深入的研究。目前普遍认为化学掺杂和元素替代等掺杂方法是提高MgB2超导体的超导电性和改善其机械性能的一种有效的方法。首先，通过掺杂和元素替代可能会提高超导体的临界温度。其次，可能会研制出临界温度更高的新超导体。再次，掺杂和元素替代等方法会引入新的磁通钉扎中心，从而提高超导体的临界电流密度。因此，化学掺杂和和元素替代等掺杂措施已成为改善MgB2超导体的超导电性和机械性能的主要方法之一，因此，也是目前MgB2超导体研究的主要方向之一。

超导电系统理论的建立和超导体研究的发展，和其它科学领域的发展一样，也是经历了一个比较长的历史。一直到1957年建立了BCS理论，这个理论成功地说明了超导电的微观起因，是超导电理论中的核心理论。1954年Matthias发现A15化合物Nb3Sn具有超导电性，这是一种新型超导体；1961年Kunzler利用这个新型超导体制成高场磁体，开辟了超导体在高场中的应用；1962年Josenphson效应的发现，给超导理论和应用研究增添了新的活力，使超导体研究进入一个新的应用领域；上世纪70年代，利用超导线材成功地获得了17.5T的高磁场，利用Josenphson效应，成功地研制出了超导量子干涉器(SQUID)，从而开始了超导体在电力工业和微弱信号测量领域的应用。但是，由于超导体的临界温度低，使用液氦才能使材料处于超导态，这一条件大大限制了超导体的应用，为了提高临界温度，也是从这时开始人们满怀希望地寻找具有高临界温度的超导体，研制出了具有超导电性的二元、三元合金或化合物超导体，同时也研制出了具有超导电性的四元化合物，期间Nb3Ge薄膜的转变温度达到了23.2K。这期间就提高超导体的转变温度而言，虽然进展不大，但为以后高温超导体的发现和其后的研究打下了良好的基础，起到了积极的基础性研究作用。

1986年Bednorz和MUller发现了La.Ba.Cu氧化物超导体，其转变温度超过30K，之后我国的朱经武和中科院的赵忠贤等人研制出了转变温高于90K的Y-Ba.Cu氧化物超导体，实现了超导体在液氮温区的应用，从此开始了高温超导体的理论和应用材料的研究。高温超导体的超导机制仍然可以用BCS理论得到说明。但是学术界普遍认为，目前高温超导体的超导电机制尚不是完全清楚，例如，载流子是s波还是d波配对还未形成共识；由于高温超导体的舅值很大，常规超导体中GL方程求解的近似条件已不成立，这使得超导薄膜临界磁场与厚度的关系已不适用于高温超导薄膜。另外，高温超导体磁通动力学和临界温度对结构的敏感性与常规超导体也不同。所有这些问题向人们预示，超导体具有新的规律和特点需要进一步研究。

2001年初，日本研究人员发现金属化合物MgB2具有超导电性，超导转变温度为39K，是迄今发现的临界温度最高的金属间化合物超导体。日本科学家的这一发现，在当时，引起了世界范围内学术界的高度关注，我国的《科技日报》把MgB2超导体的发现列为2001的年世界十大科技新闻之一，2002年的美国《科学》杂志对这一发现也给予了高度评价。MgB2是迄今为止发现的临界温度最高的金属间化合物超导体。MgB2晶格结构简单、化学性质稳定，与氧化物高温超导体相比具有更好的机械性能，其原材料来源较为广泛，价格也较为低廉。MgB2超导的发现，为超导体的研究开辟了一个新的研究领域，大大推进了超导体的研究。世界各国超导体研究人员对MgB2和MgB2基超导体进行了广泛而又深入的研究，MgB2超导体样品的制备和研究包括了线(带)材、薄膜≮块材、粉体等不同规格的各种类型的超导体材料的制备；各种掺杂元素和化合物对转变温度(力的影响，同位素效应和Hall效应的测量研究，磁通动力学特性和热力学特性的研究，临界电流与磁场之间的关系，隧道效应和微波效应的研究，等等。

不言而喻，超导体仍然是一种传输电力和电磁信号的材料，正是在这个意义上，它的作用和我们日常所见到的电力传输线、电磁信号传输线是相同的。二者最大的不同是：首先，超导体没有电阻，因此，传输过程中没有损耗，载流能力大；通常的传输线有电阻，传输过程有损耗，载流能力与超导体相比，低很多。其次，超导体只能在低温下使用，在它的临界温度以上，也可以说在室温或通常温度下会失去超导电性，有的超导体在它的临界转变温度以上会变成绝缘体；通常传输线的电阻在室温附近温区近似保持不变，虽然在低温条件下与温度有关，但不会随温度趋于零时等于零，至少会等于它的特征电阻。

正是超导体的零电阻性使得人们认识到，如能将超导转变温度提高到室温，超导体的应用会有很大的前景。因此，可以预言，超导技术将会改变电力输送和动力电设备面貌，会使信息传输和处理设备发生大的变革，也可能推进新能源开发研究。超导体会在许多领域得到应用，例如，由超导电子学器件组成的高灵敏度电磁信号测量仪器、在地球物理方面的探矿技术、地震活动的研究与地震的预报、磁流体发电机、超导线圈组成的储能器件、超导体在磁悬浮列车技术的应用、生物磁学、超导医疗仪器以及军事工业技术方面的应用、还有超导电子计算机等方面的应用。在不同的应用领域中，超导体可以被制作成各种不同规格型号的器材。利用块才超导体成功的获得了17.5T高磁场，从而大大地推进了超导体在磁悬浮列车、电机、磁悬浮轴承、飞轮储能等方面的应用探索。用约瑟夫森效应做成的超导量子干涉器(简称SQUID)能检测出15T的微弱磁场，由此大大地促进了超导薄膜在弱电磁测量和传输领域的应用研究，例如，在卫星通讯和雷达技术以及其它航天航空和军事工业领域得到了广泛应用。利用具有极高灵敏度的超导量子干涉器或超导微波技术可以探测到仅为地球磁场强度10亿分之一的微弱磁场，而这种设备中的核心部件之一是超导薄膜，因此，超导线(带)材在电力传输技术方面和其它强电技术领域的应用研究得到了高度重视，超导薄膜在生物磁学测量技术、机械无损探伤技术以及微弱地球磁场测量等方面的应用研究也得到了高度重视，也受到了国际研究人员的很大关注。常规电力传输系统中，由于铜、铝等合金传输材料不可避免的存在一定的电阻和辐射损耗，给远距离传输带来巨大的电网功率损耗。若在将来，能利用超导体做成的传输线代替现在的铜、铝等合金传输线，不但会极大地降低电网损耗，而且还能显著地提高电力输送系统运行的可靠性和稳定性。另外，除了超导体做成的动力电传输线以外，在超导发电机、超导变压器以及超导电动机和超导储能设备等动力电配送和应用领域都需要超导体线(带)材。但是，目前应用的超导体，其临界温度还远低于室温，远不能像现有传输线那样使用。而且目前应用的超导体主要有合金超导体和高温氧化物超导体，合金超导体易于成型，机械性能较好，晶粒之间的弱连接和各向异性问题不明显，但是，合金超导体和高温氧化物超导体的超导转变温度(L)比较低；虽然研究结果比较成熟的高温氧化物超导体具有高的临界温度(To)，但是晶粒之间的弱连接和各向异性问题明显，磁通钉扎能力低，容易脆裂的陶瓷特性给高温氧化物超导材料应用带来了很大限制。另外，这些超导体的原材料价格比较昂贵，导致研制成本高。与之相比较，超导体MgB2是目前临界温度最高的金属间化合物超导体。

不仅如此，超导体MgB2的晶体结构简单、化学性质稳定，合成方法成熟，不存在晶粒之间的弱连接问题，各向异性也不显著，它同时具有合金超导体和高温氧化物超导体的超导电和机械性能方面的优点。经过十年的理论、试验和应用研究，MgB2超导体已显现出了广阔的应用前景，受到了各国学术界的高度重视。

发明内容

本发明的目的在于提出一种MgB₂的制备工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种MgB₂的制备工艺，将原料按照一定的配比烧结，球磨酸洗后制备得到MgB₂颗粒，包括：B₂O₃球磨——确定原材料的配比——粉末冷压成型——抽真空——烧结——球磨——酸洗提纯——真空烘干。原材料为Mg和B粉或Mg粉和B₂O₃，镁粉粒度为0.2μm，B粉粒度为0.32μm，配比为5:1。抽真空的真空度为1×10^-3Pa，烧结式压力为400——500MPa，烧结温度为1000——1100度，烧结时间为40——50min。酸洗溶液为盐酸溶液，浓度4mol/L，酸洗时间为30——40min，采用机械搅拌。

具体实施方式

实施例1

一种MgB₂的制备工艺，将原料按照一定的配比烧结，球磨酸洗后制备得到MgB₂颗粒，包括：确定原材料的配比——粉末冷压成型——抽真空——烧结——球磨——酸洗提纯——真空烘干。原材料为Mg和B粉，镁粉粒度为0.2μm，B粉粒度为0.32μm，配比为5:1。抽真空的真空度为1×10^-3Pa，烧结式压力为400MPa，烧结温度为1000度，烧结时间为40min。酸洗溶液为盐酸溶液，浓度4mol/L，酸洗时间为30——40min，采用机械搅拌。

实施例2

一种MgB₂的制备工艺，将原料按照一定的配比烧结，球磨酸洗后制备得到MgB₂颗粒，包括：B₂O₃球磨——确定原材料的配比——粉末冷压成型——抽真空——烧结——球磨——酸洗提纯——真空烘干。原材料为Mg粉和B₂O₃，镁粉粒度为0.2μm，配比为5:1。抽真空的真空度为1×10^-3Pa，烧结式压力为400——500MPa，烧结温度为1000度，烧结时间为50min。酸洗溶液为盐酸溶液，浓度4mol/L，酸洗时间为30——40min，采用机械搅拌，酸洗后用蒸馏水冲洗三次，最后真空烘干。

Claims

1.一种MgB₂的制备工艺，其特征在于将原料按照一定的配比烧结，球磨酸洗后制备得到MgB₂颗粒，包括：B₂O₃球磨——确定原材料的配比——粉末冷压成型——抽真空——烧结——球磨——酸洗提纯——真空烘干。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原材料为Mg和B粉或Mg粉和B₂O₃，镁粉粒度为0.2μm，B粉粒度为0.32μm，配比为5:1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的抽真空的真空度为1×10^-3Pa，烧结式压力为400——500MPa，烧结温度为1000——1100度，烧结时间为40——50min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酸洗溶液为盐酸溶液，浓度4mol/L，酸洗时间为30——40min，采用机械搅拌。