CN108376585A - 利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法 - Google Patents

利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，将氧化石墨烯水溶液与硼粉加入去离子水中得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；再将溶液通过水热反应使氧化石墨烯还原为石墨烯并与硼粉复合，产物分离取沉淀干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；再将镁棒固定在金属管中，在镁棒和金属管之间填充石墨烯原位包覆硼粉，得到管装体制成单芯线材；将多根单芯线材及导电金属棒装入金属管内制成多芯线材；再进行热处理得到二硼化镁超导线材。本发明通过可控的石墨烯复合工艺实现了石墨烯对硼粉的稳定复合，均匀包覆，避免了传统方法中石墨烯的收缩和团聚，制备出晶界连接性好、具有大量石墨烯钉扎中心的致密二硼化镁超导线材。

Description

利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导 线材的方法
技术领域
本发明涉及一种二硼化镁超导线材的制备方法，特别是涉及一种第二相碳元素掺杂二硼化镁超导线材的制备方法，应用于超导材料制备技术领域。
背景技术
MgB2具有39K的临界转变温度，结构简单，相干长度大，此外，其不存在高温超导体的弱连接效应，并且还具有较高的自场临界电流密度。由于上述优点，MgB2已经成为商用低温超导材料，的绝佳替代品，如NbTi。然而，由于MgB2的磁通钉扎能力不佳，上临界场和不可逆场相对较低，其临界电流密度在高磁场下迅速衰减，限制了MgB2的广泛应用。
为了提高MgB2的磁通钉扎能力，我们可以通过辐照或掺杂引入钉扎中心，有效提高不可逆场和临界电流密度。过去的研究中以碳及碳的化合物掺杂取得的成果较佳，一方面是提供了原子替代，引起晶格畸变，增加电子散射从而提高了上临界场，另一方面则是引入了第二相颗粒作为钉扎中心。但通过传统掺杂方式引入的第二相分散性较差，容易团聚引起晶界连接性降低，形成的钉扎中心一般为点钉扎或体钉扎，对于钉扎力和临界电流密度的提升是有限的。
目前常用的MgB2制备技术通常为原位固相反应法，将镁粉与硼粉混合后高温固相反应生成MgB2块体或线材、带材。如公开号为CN105931750的中国专利公开了一种“石墨烯包覆硼粉制备二硼化镁超导线材的方法”，公开的方法中采用的即是原位固相反应过程生产MgB2线材，且其石墨烯包覆硼粉的过程中无法稳定、确切地控制石墨烯掺杂比例；又如公开号为CN106205861的中国专利公开了“一种石墨烯负载多元掺杂二硼化镁超导块材的制备方法”同样采用原位法制备MgB2，由于镁、硼反应过程中巨大的体积收缩，原位法制得的MgB2基体中通常含有大量的孔隙，导致晶界连接性差，有效临界电流密度较低。
扩散法是熔融或蒸发的镁扩散进入硼基体并反应生成MgB2的技术，由于其工艺简单，且可以极大减少MgB2的孔隙率，提高晶界连接性，增大临界电流密度，是制备致密MgB2块体或线材的有利方法。如公开号为CN104916373的中国专利公开了“一种二硼化镁线材或带材的制备方法”，利用这种中心镁扩散法及其改进方法可以提高材料的晶界连接性。但扩散法用于制备不同的型材存在较大差异，对于线材的制备，如何结合掺杂方法制备预制体，如何改善石墨烯的收缩和团聚问题，并稳定控制石墨烯掺杂比例都成为亟待解决的技术问题，减少晶粒的不均匀和晶粒粗大的问题，对提高材料的磁通钉扎力和临界电流密度都需要采用更加有效的技术工艺进行优化。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，本发明方法通过将硼粉和氧化石墨烯均匀分散于水溶液中，通过水热反应令氧化石墨烯还原为石墨烯，避免石墨烯的收缩和团聚，实现石墨烯对硼粉的均匀包覆；同时，采用这种工艺制备的石墨烯原位包覆的硼粉可稳定控制石墨烯掺杂比例。随后通过改进的中心镁扩散法制得致密的MgB2超导复合线，其中大量石墨烯连接晶粒，提高了晶界连接性，此外石墨烯阻碍了MgB2晶粒生长，细化晶粒从而提供额外晶界，增加了大量的钉扎中心，有效提高了材料的磁通钉扎力和临界电流密度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，包括如下步骤：
(1)制备出氧化石墨烯水溶液；
(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合的方式优选采用超声搅拌和机械搅拌中的任意一种或者二者的混合搅拌方式；当优选采用超声搅拌和机械搅拌的混合搅拌方式，持续搅拌时间为2～10h，其中超声搅拌采用的超声功率为150～2000W；
(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；
(4)将镁棒固定在金属管的中心，在镁棒和金属管之间填充在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉，将金属管的两端封口得到管装体，然后将管装体经旋锻、拉拔或孔型轧制加工，得到单芯线材；优选镁棒纯度为99.9～99.999％；金属管优选采用铁管、钽管、以铌为内衬的不锈钢管或蒙乃尔合金管；
(5)将导电金属芯棒固定在另一个金属管中心，将在所述步骤(4)中制备的单芯线材定尺截断后，取两根以上装入金属管内，使设置于金属管内的多根单芯线材围绕导电金属芯棒分布，得到装管复合体，再将装管复合体经过旋锻、拉拔或孔型轧制加工成多芯线材；金属管优选采用铁管、钽管、以铌为内衬的不锈钢管或蒙乃尔合金管；导电金属芯棒优选采用铜棒或银棒；
(6)采用扩散法，将在所述步骤(5)中制备的多芯线材的两端密封，然后在非氧化保护气氛下进行热处理，得到二硼化镁超导线材。进行扩散热处理的非氧化保护气氛优选采用惰性保护气体气氛、还原性保护气体气氛或真空状态环境。
作为本发明优选的技术方案，一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，包括如下步骤：
(1)制备出氧化石墨烯水溶液；
(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液，其中所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的0.01～20wt.％；优选控制氧化石墨烯质量为硼粉质量的2～15wt.％；
(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，控制水热反应温度为40～250℃，水热反应持续时间为5min～48h，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；优选控制水热反应温度为80～200℃，水热反应持续时间为20～45h；
(4)将镁棒固定在金属管的中心，在镁棒和金属管之间填充在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉，将金属管的两端封口得到管装体，然后将管装体经旋锻、拉拔或孔型轧制加工，得到单芯线材；
(5)将导电金属芯棒固定在另一个金属管中心，将在所述步骤(4)中制备的单芯线材定尺截断后，取两根以上装入金属管内，使设置于金属管内的多根单芯线材围绕导电金属芯棒分布，得到装管复合体，再将装管复合体经过旋锻、拉拔或孔型轧制加工成多芯线材；
(6)采用扩散法，将在所述步骤(5)中制备的多芯线材的两端密封，然后在非氧化保护气氛下进行热处理，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为500～1200℃，热处理升温速度为1～100℃/min，热处理保温时间为0.5～24h，最后以降温速度为1～100℃/min随炉冷却至室温，得到二硼化镁超导线材。优选控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为660～950℃，热处理升温速度为3～10℃/min，热处理保温时间为1～8h，最后以降温速度为5～10℃/min随炉冷却至室温，得到二硼化镁超导线材。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明方法利用氧化石墨烯在水溶液中良好的分散性，实现硼粉与氧化石墨烯均匀混合，再通过水热反应获得石墨烯均匀包覆的硼粉，避免了传统方法中石墨烯收缩和团聚的现象；
2.本发明方法利用水热反应还原氧化石墨烯，掺杂量稳定可控，为探索最优掺杂条件和工艺提供了便利；
3.本发明方法通过扩散法制备二硼化镁超导线材，降低孔隙率，提高晶界连接性，增大临界电流密度；
4.本发明方法采用石墨烯原位包覆硼粉制备二硼化镁超线材，提高了晶界连接性；石墨烯作为有效的钉扎中心，同时也阻碍了MgB2晶粒生长，细化晶粒从而提供额外晶界，增加了大量的钉扎中心，有效提高了材料的磁通钉扎力和临界电流密度。
附图说明
图1是本发明实施例一制备的石墨烯原位包覆硼粉材料的扫描电子显微镜图片。
图2是本发明实施例一制备的石墨烯原位包覆硼粉材料的X射线衍射图谱。
图3是本发明实施例一制备的石墨烯原位包覆硼粉材料的拉曼光谱。
图4是本发明实施例一制备的MgB2线材芯部的X射线衍射图谱。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1～4，一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，包括如下步骤：
(1)通过改进的Hummers法制备出氧化石墨烯水溶液；
(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液，其中所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的5wt.％；进行氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合时，首先取硼粉加入去离子水中，采用超声搅拌和机械搅拌交替2次进行将其分散，随后持续混合搅拌，得到硼粉分散液；量取一定量的在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液，将其稀释后逐滴缓慢滴入保持混合搅拌的硼粉分散液中，每滴加2mL则转为超声搅拌，机械搅拌滴加与超声搅拌分散交替进行，直至氧化石墨烯水溶液滴加完毕，然后持续剧烈搅拌得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；其中超声搅拌优选采用的超声功率为150W，持续搅拌时间为3h；
(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，控制水热反应温度为150℃，水热反应持续时间为24h，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；
(4)将纯度为99.9％的镁棒固定在铁管的中心，在镁棒和铁管之间填充在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉，将铁管的两端封口得到管装体，然后将管装体经旋锻、拉拔加工，得到单芯线材；
(5)将导电铜芯棒固定在另一个铁管中心，将在所述步骤(4)中制备的单芯线材定尺截断后，取6根装入铁管内，使设置于铁管内的6根单芯线材围绕导电铜芯棒分布，得到装管复合体，再将装管复合体经过旋锻、拉拔加工成多芯线材；
(6)采用扩散法，将在所述步骤(5)中制备的多芯线材的两端焊接密封，置于管式炉中，然后在持续流通的氩气保护气氛下进行热处理，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为660℃，热处理升温速度为10℃/min，热处理保温时间为3.5h，最后以降温速度为10℃/min随炉冷却至室温，得到二硼化镁超导线材。
本实施例实验测试分析：
对本实施例制备的中间材料和最终制备的二硼化镁超导线材分别进行检测，采用X射线衍射仪(XRD)分析材料的相组成，采用扫描电子显微镜观察材料表面的形貌，采用拉曼光谱仪分析材料性质。参见图1～4。图1是本实施例制备的石墨烯原位包覆硼粉材料的扫描电子显微镜图片，从图1中可以看出，石墨烯均匀包覆硼粉，无层叠和团聚现象，呈现薄片状态。图2是本实施例制备的石墨烯原位包覆硼粉材料的X射线衍射图谱，从图2中可以看出氧化石墨烯的衍射峰不明显，表明氧化石墨烯被还原后，形成石墨烯原位包覆硼粉材料。图3是本实施例制备的石墨烯原位包覆硼粉材料的拉曼光谱，从图3中可以看出，石墨烯片层数较少，且与硼粉复合良好。图4是本实施例制备的MgB2线材芯部的X射线衍射图谱，从图4中可以看出，从图4中可以看出MgB2/G衍射峰具有优异的结晶性。本实施例制备的二硼化镁超导线材在5K，6T时，临界电流密度达到2.83×104A/cm2。
本实施例通过可控的石墨烯复合工艺实现了石墨烯对硼粉的稳定复合，均匀包覆，避免了传统方法中石墨烯的收缩和团聚，再通过中心镁扩散法制备出晶界连接性好、具有大量石墨烯钉扎中心的致密二硼化镁超导线材。本实施在660℃的成相热处理温度下，使Mg均匀扩散到线材中，得到成分分布均匀的二硼化镁超导线材使掺杂源分布均匀，不会导致晶界处出现团聚现象，保证了MgB2线材超导体的整体性能。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，包括如下步骤：
(1)通过改进的Hummers法制备出氧化石墨烯水溶液；
(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液，其中所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的2wt.％；进行氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合时，首先取硼粉加入去离子水中，采用超声搅拌和机械搅拌同时进行将其分散，随后持续混合搅拌，得到硼粉分散液；量取一定量的在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液，将其稀释后逐滴缓慢滴入保持混合搅拌的硼粉分散液中，直至氧化石墨烯水溶液滴加完毕，随后停止超声搅拌，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；其中超声搅拌优选采用的超声功率为500W，持续搅拌时间为10h；
(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，控制水热反应温度为80℃，水热反应持续时间为45h，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；
(4)将纯度为99.9％的镁棒固定在铁管的中心，在镁棒和铁管之间填充在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉，将铁管的两端封口得到管装体，然后将管装体经旋锻、拉拔加工，得到单芯线材；
(5)将导电铜芯棒固定在另一个铁管中心，将在所述步骤(4)中制备的单芯线材定尺截断后，取8根装入铁管内，使设置于铁管内的8根单芯线材围绕导电铜芯棒分布，得到装管复合体，再将装管复合体经过旋锻、拉拔加工成多芯线材；
(6)采用扩散法，将在所述步骤(5)中制备的多芯线材的两端焊接密封，置于管式炉中，然后在真空环境下进行热处理，所述真空度为3～8×10-3Pa，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为750℃，热处理升温速度为3℃/min，热处理保温时间为1h，最后以降温速度为5℃/min随炉冷却至室温，得到二硼化镁超导线材。
本实施例实验测试分析：
本实施例制备的二硼化镁超导线材在5K，6T时，临界电流密度达到2.19×104A/cm2。本实施例通过可控的石墨烯复合工艺实现了石墨烯对硼粉的稳定复合，均匀包覆，避免了传统方法中石墨烯的收缩和团聚，再通过中心镁扩散法制备出晶界连接性好、具有大量石墨烯钉扎中心的致密二硼化镁超导线材。本实施在750℃的成相热处理温度下，使Mg均匀扩散到线材中，得到成分分布均匀的二硼化镁超导线材使掺杂源分布均匀，不会导致晶界处出现团聚现象，保证了MgB2线材超导体线材的整体性能。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，包括如下步骤：
(1)通过改进的Hummers法制备出氧化石墨烯水溶液；
(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液，其中所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的15wt.％；进行氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合时，首先取硼粉加入去离子水中，采用超声搅拌和机械搅拌同时进行将其分散，随后持续混合搅拌，得到硼粉分散液；量取一定量的在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液，将其稀释后逐滴缓慢滴入保持混合搅拌的硼粉分散液中，直至氧化石墨烯水溶液滴加完毕，随后停止超声搅拌，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；其中超声搅拌优选采用的超声功率为1200W，持续搅拌时间为2h；
(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，控制水热反应温度为200℃，水热反应持续时间为20h，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；
(4)将纯度为99.9％的镁棒固定在铁管的中心，在镁棒和铁管之间填充在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉，将铁管的两端封口得到管装体，然后将管装体经旋锻、拉拔加工，得到单芯线材；
(5)将导电铜芯棒固定在另一个铁管中心，将在所述步骤(4)中制备的单芯线材定尺截断后，取10根装入铁管内，使设置于铁管内的10根单芯线材围绕导电铜芯棒分布，得到装管复合体，再将装管复合体经过旋锻、拉拔加工成多芯线材；
(6)采用扩散法，将在所述步骤(5)中制备的多芯线材的两端焊接密封，置于管式炉中，然后在持续流通的氩气的惰性气体气氛下进行热处理，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为950℃，热处理升温速度为10℃/min，热处理保温时间为8h，最后以降温速度为10℃/min随炉冷却至室温，得到二硼化镁超导线材。
本实施例实验测试分析：
本实施例制备的二硼化镁超导线材在5K，6T时，临界电流密度达到1.83×104A/cm2。本实施例通过可控的石墨烯复合工艺实现了石墨烯对硼粉的稳定复合，均匀包覆，避免了传统方法中石墨烯的收缩和团聚，再通过中心镁扩散法制备出晶界连接性好、具有大量石墨烯钉扎中心的致密二硼化镁超导线材。本实施在950℃的成相热处理温度下，使Mg均匀扩散到线材中，得到成分分布均匀的二硼化镁超导线材使掺杂源分布均匀，不会导致晶界处出现团聚现象，保证了MgB2线材超导体线材的整体性能。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备出氧化石墨烯水溶液；
(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；
(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；
(4)将镁棒固定在金属管的中心，在镁棒和金属管之间填充在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉，将金属管的两端封口得到管装体，然后将管装体经旋锻、拉拔或孔型轧制加工，得到单芯线材；
(5)将导电金属芯棒固定在另一个金属管中心，将在所述步骤(4)中制备的单芯线材定尺截断后，取两根以上装入金属管内，使设置于金属管内的多根单芯线材围绕导电金属芯棒分布，得到装管复合体，再将装管复合体经过旋锻、拉拔或孔型轧制加工成多芯线材；
(6)采用扩散法，将在所述步骤(5)中制备的多芯线材的两端密封，然后在非氧化保护气氛下进行热处理，得到二硼化镁超导线材。
2.根据权利要求1所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备出氧化石墨烯水溶液；
(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液，其中所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的0.01～20wt.％；
(3)将在所述步骤(2)中制备的硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，控制水热反应温度为40～250℃，水热反应持续时间为5min～48h，通过水热反应使氧化石墨烯受热分解还原为石墨烯，并使还原产物石墨烯与硼粉进行复合，再将复合产物离心分离，然后取沉淀进行真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；
(4)将镁棒固定在金属管的中心，在镁棒和金属管之间填充在所述步骤(3)中制备的石墨烯原位包覆硼粉，将金属管的两端封口得到管装体，然后将管装体经旋锻、拉拔或孔型轧制加工，得到单芯线材；
(5)将导电金属芯棒固定在另一个金属管中心，将在所述步骤(4)中制备的单芯线材定尺截断后，取两根以上装入金属管内，使设置于金属管内的多根单芯线材围绕导电金属芯棒分布，得到装管复合体，再将装管复合体经过旋锻、拉拔或孔型轧制加工成多芯线材；
(6)采用扩散法，将在所述步骤(5)中制备的多芯线材的两端密封，然后在非氧化保护气氛下进行热处理，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为500～1200℃，热处理升温速度为1～100℃/min，热处理保温时间为0.5～24h，最后以降温速度为1～100℃/min随炉冷却至室温，得到二硼化镁超导线材。
3.根据权利要求1或2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合的方式采用超声搅拌和机械搅拌中的任意一种或者二者的混合搅拌方式；当采用超声搅拌和机械搅拌的混合搅拌方式时，持续搅拌时间为2～10h，其中超声搅拌采用的超声功率为150～2000W。
4.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，控制所述氧化石墨烯质量为硼粉质量的2～15wt.％。
5.根据权利要求1或2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(4)和步骤(5)中，金属管采用铁管、钽管、以铌为内衬的不锈钢管或蒙乃尔合金管。
6.根据权利要求1或2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述镁棒纯度为99.9～99.999％。
7.根据权利要求1或2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(5)中，导电金属芯棒采用铜棒或银棒。
8.根据权利要求1或2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(6)中，进行扩散热处理的非氧化保护气氛采用惰性保护气体气氛、还原性保护气体气氛或真空状态环境。
9.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，控制水热反应温度为80～200℃，水热反应持续时间为20～45h。
10.根据权利要求2所述利用石墨烯原位包覆硼粉并通过镁扩散法制备二硼化镁超导线材的方法，其特征在于：在所述步骤(6)中，控制扩散热处理的热制度为，热处理温度为660～950℃，热处理升温速度为3～10℃/min，热处理保温时间为1～8h，最后以降温速度为5～10℃/min随炉冷却至室温，得到二硼化镁超导线材。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102616775A (zh) * 2012-04-16 2012-08-01 南京大学 一种氮掺杂石墨烯的水相制备方法
CN102755885A (zh) * 2012-07-23 2012-10-31 武汉理工大学 TiO2-rGO复合光催化剂的水热制备方法
CN104916373A (zh) * 2015-05-18 2015-09-16 中国科学院电工研究所 一种二硼化镁线材或带材的制备方法
CN105931750A (zh) * 2016-06-29 2016-09-07 西北有色金属研究院 石墨烯包覆硼粉制备二硼化镁超导线材的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102616775A (zh) * 2012-04-16 2012-08-01 南京大学 一种氮掺杂石墨烯的水相制备方法
CN102755885A (zh) * 2012-07-23 2012-10-31 武汉理工大学 TiO2-rGO复合光催化剂的水热制备方法
CN104916373A (zh) * 2015-05-18 2015-09-16 中国科学院电工研究所 一种二硼化镁线材或带材的制备方法
CN105931750A (zh) * 2016-06-29 2016-09-07 西北有色金属研究院 石墨烯包覆硼粉制备二硼化镁超导线材的方法

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