CN108428509A - 一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法 - Google Patents

一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法 Download PDF

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刘浩然
王庆阳
熊晓梅
闫果
冯勇
冯建情
李成山
金利华
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Abstract

本发明公开了一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，该方法包括：一、将无定形硼粉和石墨烯粉末混合后研磨得到混合粉末；二、将镁棒装入铌管中心，再将混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中得到第一装管复合体；三、将第一装管复合体旋锻得到单芯线材；四、将单芯线材和CuNb棒组装到蒙奈尔合金管中得到第二装管复合体；五、将第二装管复合体进行旋锻拉拔得到多芯线材；六、将多芯线材进行真空烧结得到多芯MgB2超导线材。本发明将石墨烯掺杂与中心镁扩散法结合制备多芯线材，使石墨烯均匀掺杂在MgB2层中，有效提高了MgB2超导芯丝的致密度、临界电流密度及其机械性能。

Description

一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法
技术领域
本发明属于超导材料制备技术领域，具体涉及一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法。
背景技术
MgB2超导体自2001年发现以来，由于其临界温度为39K，具有相干长度大、不存在晶界弱连接等优点，倍受国内外科学家的关注，但MgB2缺乏有效的磁通钉扎中心，其临界电流密度Jc在磁场下迅速衰减。经过十多年大量系统的研究，发现元素掺杂是提高MgB2线材磁场下Jc性能最有效的方法，其中采用石墨烯掺杂能明显细化MgB2晶粒并提高晶粒连接性，从而提高了MgB2的临界电流密度(Jc)，得到高性能的MgB2超导材料，在医疗用MRI磁体、低速大扭矩风电电机及超导传输电缆等方面应用广泛。
目前MgB2线材的主要制备方法为粉末套管法技术，该技术主要有先位法(ex-situ)和原位法(In-situ)两种路线方法。先位法(ex-situ)采用反应成相的MgB2作为先驱粉末，直接将MgB2粉末装入金属管中，再通过旋锻、拉拔和轧制工艺制备成线带材；该制备过程中需要使用高强度的Fe或Ti基包套材料，对MgB2芯丝施加应力约束以增强晶粒连接，但高强度包套材料冷加工过程会导致线带材中的MgB2芯丝形成裂纹等宏观缺陷，并且固态MgB2不存在熔化反应，后续热处理过程无法形成液相弥合裂纹，因此线带材的整体性能很难进一步提高。原位法(In-situ)将Mg粉和B粉按MgB2的化学计量比装入金属管中，通过拉拔、轧制制备成线带材，再进行热处理，最终生成MgB2相；该方法的优点是热处理过程中Mg熔化与B反应成相可以弥合加工过程中形成的微裂纹，最终线带材中MgB2超导相晶粒连接较好，并可通过调整热处理参数和引入有效的磁通钉扎中心提高线材中高场下的Jc值，但该方法制备的MgB2线带材中存在大量的孔洞，降低了MgB2的有效载流面积，特别是在多芯线材结构中更为明显。而发展具有高临界电流密度的MgB2超导线材，必然要提高超导芯丝的致密度。受Mg-B体系固有的化学成相反应过程的制约，如果采用Mg-B混合粉末作为前驱粉末，提高样品致密度难度很大，制备高临界电流密度的多芯MgB2超导线材也更为困难。
近年来，很多研究者开始使用内部镁扩散法(Internal Mg Diffusion，IMD)生产MgB2线带材，这种方法生产的线材国际上称为二代线材。IMD法在阻隔层的中心位置放置镁棒并在其周围填充硼粉，热处理时熔融的镁棒渗透到硼粉中生成致密的MgB2层，这种方法减少了原位法镁粉渗透到硼粉反应后留下的大量孔洞，获得的线材具有优异的临界电流密度。而且致密的MgB2层使线材的机械性能得到很大的提高，更适合大规模生产。然而，该方法的缺点是中心镁棒扩散到硼层后，镁棒原来的中心位置会形成孔洞，这种工艺在制备MgB2线材方面仍然不够成熟。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法。该方法将石墨烯掺杂与中心镁扩散法结合制备多芯线材，在MgB2层生成的过程中，石墨烯均匀掺杂在MgB2层中，强化了MgB2晶粒的连接性，细化了MgB2晶粒，有效提高了MgB2超导芯丝的致密度，同时提高了MgB2超导线材在磁场中的临界电流密度和线材的机械性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中将无定形硼粉和石墨烯粉末混合均匀，然后放入玛瑙研钵中研磨，得到混合粉末；所述无定形硼粉和石墨烯粉末的摩尔比为(2-x):x，所述x的取值范围为0.02～0.20；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中得到的混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为3.0mm～4.0mm；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为10％～30％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为10％～20％；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为3.8×105A/cm2以上。
上述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤一中所述无定形硼粉的质量纯度不小于99％，无定形硼粉的粒径为0.1μm～10μm；所述石墨烯粉末的质量纯度不小于99％。
上述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤二中所述镁棒的质量纯度为99.9％～99.99％。
上述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤二中所述酸洗和步骤四中所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在50℃～60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％～15％，氢氟酸的质量浓度为5％～8％。
上述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤二中所述铌管的外径为8mm～12mm，铌管的壁厚为1mm～2mm；步骤四中所述蒙奈尔合金管的外径为22mm～37mm，壁厚为1.5mm～3mm。
上述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤五中所述多芯线材的直径为0.4mm～1.4mm。
上述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤六中所述真空烧结的过程为：在真空度为2×10-3Pa～7×10-3Pa的条件下，以10℃/min～20℃/min的速率升温至600℃～700℃后保温0.5h～5h，然后随炉冷却至室温。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明将石墨烯掺杂与中心镁扩散法结合制备多芯线材，热处理时熔融的镁棒渗透到石墨烯粉末与硼粉形成的混合粉末中，并与硼粉反应生成致密的MgB2层，由于石墨烯与MgB2具有较强的亲和性，在MgB2层生成的过程中，石墨烯均匀掺杂在MgB2层中，避免了原位法镁粉渗透到硼粉反应后留下的大量孔洞，有效提高了MgB2超导芯丝的致密度，进而提高了MgB2超导线材在磁场中的临界电流密度和线材的机械性能，扩大了MgB2超导线材的使用范围；而石墨烯粉末均匀掺杂在MgB2层中，强化了MgB2晶粒的连接性，有效地细化了晶粒，晶粒细化形成的更多晶界能形成钉扎中心，从而进一步提高了MgB2超导线材在磁场中的临界电流密度。
2、本发明采用了蒙奈尔合金管作为外包套材料，和常规的无氧铜管相比降低了成本，同时显著提高了MgB2超导线材的机械强度和加工性能，可制备出百米级以上的多芯MgB2超导线材。
3、本发明制备得到的MgB2超导线材超导芯致密度高，超导相填充率高，在4.2K、4T下的临界电流密度可达3.8×105A/cm2以上，满足了实际应用的需要。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1～实施例5中第二装管复合体的结构示意图。
图2是本发明实施例1制备的多芯MgB2超导线材的SEM图。
图3是本发明实施例1制备的多芯MgB2超导线材在4.2K的临界电流密度曲线图。
附图标记说明
1—蒙奈尔合金管； 2—铌管； 3—混合粉末；
4—镁棒； 5—CuNb棒。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中将无定形硼粉和石墨烯粉末混合均匀，然后放入玛瑙研钵中研磨，得到混合粉末；所述无定形硼粉的质量纯度为99.8％，粒径为0.2μm，所述石墨烯粉末的质量纯度为99％，所述无定形硼粉和石墨烯粉末的摩尔比为1.97:0.03；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中得到的混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为3.0mm，镁棒的质量纯度为99.9％；所述铌管的外径为8mm，铌管的壁厚为1mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在55℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为5％；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为15％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体，如图1所示；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；所述蒙奈尔合金管的外径为22mm，壁厚为1.5mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在55℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为5％；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为10％；所述多芯线材的直径为1.4mm；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为5.6×105A/cm2；所述真空烧结的过程为：在真空度为5×10-3Pa的条件下，以10℃/min的升温速率升温至650℃后保温2h，然后随炉冷却至室温。
图2是本实施例制备的多芯MgB2超导线材的SEM图，从图2可以看出本实施例制备的多芯MgB2超导线材中的芯丝分布均匀，镁棒处于线材的中心位置。
图3是本实施例制备的多芯MgB2超导线材在4.2K的临界电流密度曲线图，从图3可以看出，本实施例制备的多芯MgB2超导线材在2T～6T的磁场中具有较高的临界电流密度Jc值，在4T时Jc值高达5.6×105A/cm2。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中称取无定形硼粉；所述无定形硼粉的质量纯度为99.8％，粒径为0.2μm；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中的无定形硼粉填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为3.0mm，镁棒的质量纯度为99.9％；所述铌管的外径为8mm，铌管的壁厚为1mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在55℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为5％；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为15％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；所述蒙奈尔合金管的外径为22mm，壁厚为1.5mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在55℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％，氢氟酸的质量浓度为5％；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为10％；所述多芯线材的直径为1.4mm；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为3.8×105A/cm2；所述真空烧结的过程为：在真空度为5×10-3Pa的条件下，以10℃/min的速率升温至650℃后保温2h，然后随炉冷却至室温。
将实施例1与对比例1比较可以看出，实施例1制备得到的多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度更大，说明使用石墨烯作为多芯MgB2超导线材的掺杂元素，提高了MgB2超导芯丝的致密度和MgB2晶粒连接性，同时有效地细化晶粒，提高MgB2超导线材在磁场中的临界电流密度。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中将无定形硼粉和石墨烯粉末混合均匀，然后放入玛瑙研钵中研磨，得到混合粉末；所述无定形硼粉的质量纯度为99％，粒径为0.1μm，所述石墨烯粉末的质量纯度为99％，所述无定形硼粉和石墨烯粉末的摩尔比为1.92:0.08；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中得到的混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为4.0mm，镁棒的质量纯度为99.99％；所述铌管的外径为12mm，铌管的壁厚为2mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在50℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为15％，氢氟酸的质量浓度为8％；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为20％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体，如图1所示；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；所述蒙奈尔合金管的外径为37mm，壁厚为3mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在50℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为15％，氢氟酸的质量浓度为8％；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为15％；所述多芯线材的直径为0.4mm；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为5.3×105A/cm2；所述真空烧结的过程为：在真空度为7×10-3Pa的条件下，以20℃/min的速率升温至600℃后保温5h，然后随炉冷却至室温。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中将无定形硼粉和石墨烯粉末混合均匀，然后放入玛瑙研钵中研磨，得到混合粉末；所述无定形硼粉的质量纯度为99.9％，粒径为10μm，所述石墨烯粉末的质量纯度为99.3％，所述无定形硼粉和石墨烯粉末的摩尔比为1.95:0.05；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中得到的混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为3.5mm，镁棒的质量纯度为99.95％；所述铌管的外径为10mm，铌管的壁厚为1.5mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为30％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体，如图1所示；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；所述蒙奈尔合金管的外径为30mm，壁厚为2mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为20％；所述多芯线材的直径为0.8mm；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为4.7×105A/cm2；所述真空烧结的过程为：在真空度为2×10-3Pa的条件下，以20℃/min的速率升温至700℃后保温0.5h，然后随炉冷却至室温。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中将无定形硼粉和石墨烯粉末混合均匀，然后放入玛瑙研钵中研磨，得到混合粉末；所述无定形硼粉的质量纯度为99.9％，粒径为10μm，所述石墨烯粉末的质量纯度为99.3％，所述无定形硼粉和石墨烯粉末的摩尔比为1.98:0.02；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中得到的混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为3mm，镁棒的质量纯度为99.9％；所述铌管的外径为8mm，铌管的壁厚为1mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为10％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体，如图1所示；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；所述蒙奈尔合金管的外径为22mm，壁厚为1.5mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为20％；所述多芯线材的直径为0.8mm；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为5.0×105A/cm2；所述真空烧结的过程为：在真空度为3×10-3Pa的条件下，以15℃/min的升温速率升温至650℃后保温2h，然后随炉冷却至室温。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中将无定形硼粉和石墨烯粉末混合均匀，然后放入玛瑙研钵中研磨，得到混合粉末；所述无定形硼粉的质量纯度为99.9％，粒径为1μm，所述石墨烯粉末的质量纯度为99.3％，所述无定形硼粉和石墨烯粉末的摩尔比为1.8:0.2；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中得到的混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为3.5mm，镁棒的质量纯度为99.9％；所述铌管的外径为10mm，铌管的壁厚为1.5mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为30％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体，如图1所示；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；所述蒙奈尔合金管的外径为30mm，壁厚为2mm；所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为13％，氢氟酸的质量浓度为7％；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为20％；所述多芯线材的直径为1.0mm；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为5.1×105A/cm2；所述真空烧结的过程为：在真空度为2×10-3Pa的条件下，以20℃/min的升温速率升温至680℃后保温2h，然后随炉冷却至室温。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在氩气保护的手套箱中将无定形硼粉和石墨烯粉末混合均匀，然后放入玛瑙研钵中研磨，得到混合粉末；所述无定形硼粉和石墨烯粉末的摩尔比为(2-x):x，所述x的取值范围为0.02～0.20；
步骤二、将镁棒依次进行砂纸打磨、乙醇擦洗和晾干，然后装入经酸洗后的铌管中心，再将步骤一中得到的混合粉末填充到镁棒和铌管的孔隙中，得到第一装管复合体；所述镁棒的直径为3.0mm～4.0mm；
步骤三、将步骤二中得到的第一装管复合体的两端密封后进行旋锻，得到单芯线材，然后将单芯线材依次进行矫直、定尺、截断、酸洗和烘干；所述旋锻的道次加工率为10％～30％；
步骤四、将6根步骤三中经烘干后的单芯线材和1根经酸洗后的CuNb棒组装到经酸洗后的蒙奈尔合金管中，得到第二装管复合体；所述组装过程中酸洗后的CuNb棒装入蒙奈尔合金管的中心，烘干后的单芯线材沿圆周方向围绕CuNb棒排列成圆环状结构装入蒙奈尔合金管中；所述烘干后的单芯线材、酸洗后的CuNb棒和蒙奈尔合金管的长度均相同；
步骤五、将步骤四中得到的第二装管复合体进行旋锻拉拔，得到多芯线材；所述旋锻拉拔的道次加工率为10％～20％；
步骤六、将步骤五中得到的多芯线材的两端密封后放入真空炉中进行真空烧结，得到多芯MgB2超导线材；所述多芯MgB2超导线材的超导相填充率为7％，多芯MgB2超导线材在4.2K、4T下的临界电流密度为3.8×105A/cm2以上。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤一中所述无定形硼粉的质量纯度不小于99％，无定形硼粉的粒径为0.1μm～10μm；所述石墨烯粉末的质量纯度不小于99％。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤二中所述镁棒的质量纯度为99.9％～99.99％。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤二中所述酸洗和步骤四中所述酸洗的具体过程为：采用硝酸、氢氟酸和水组成的混合酸进行酸洗，然后用无水乙醇脱水，再在50℃～60℃的条件下烘干；所述混合酸中硝酸的质量浓度为12％～15％，氢氟酸的质量浓度为5％～8％。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤二中所述铌管的外径为8mm～12mm，铌管的壁厚为1mm～2mm；步骤四中所述蒙奈尔合金管的外径为22mm～37mm，壁厚为1.5mm～3mm。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤五中所述多芯线材的直径为0.4mm～1.4mm。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯掺杂多芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法，其特征在于，步骤六中所述真空烧结的过程为：在真空度为2×10-3Pa～7×10-3Pa的条件下，以10℃/min～20℃/min的速率升温至600℃～700℃后保温0.5h～5h，然后随炉冷却至室温。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109802247A (zh) * 2018-12-19 2019-05-24 中国科学院电工研究所 一种超导接头及其制备方法
CN110828059A (zh) * 2019-11-28 2020-02-21 西北有色金属研究院 一种百米级37芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法
CN111559915A (zh) * 2019-11-18 2020-08-21 天津科技大学 一种具有高晶粒间连接性石墨烯/FeSe复合材料及制备方法
CN114596996A (zh) * 2022-03-21 2022-06-07 西北有色金属研究院 一种千米级多芯MgB2超导线材的制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236322A (zh) * 2013-04-16 2013-08-07 西北有色金属研究院 一种矩形7芯MgB2超导带材的制备方法
CN103956221A (zh) * 2014-05-16 2014-07-30 宝胜科技创新股份有限公司 一种溶液包覆法制备C掺杂多芯MgB2超导线材的制备方法
CN104091650A (zh) * 2014-07-21 2014-10-08 西北有色金属研究院 一种单芯MgB2超导线/带材的制备方法
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
CN105753486A (zh) * 2016-05-09 2016-07-13 陈建峰 一种复合二硼化镁超导体的制备方法
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
CN106128632A (zh) * 2016-06-16 2016-11-16 中国科学院电工研究所 基于MgB4先驱粉的二硼化镁超导线材的镁扩散制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236322A (zh) * 2013-04-16 2013-08-07 西北有色金属研究院 一种矩形7芯MgB2超导带材的制备方法
CN103956221A (zh) * 2014-05-16 2014-07-30 宝胜科技创新股份有限公司 一种溶液包覆法制备C掺杂多芯MgB2超导线材的制备方法
CN104091650A (zh) * 2014-07-21 2014-10-08 西北有色金属研究院 一种单芯MgB2超导线/带材的制备方法
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
CN105753486A (zh) * 2016-05-09 2016-07-13 陈建峰 一种复合二硼化镁超导体的制备方法
CN106128632A (zh) * 2016-06-16 2016-11-16 中国科学院电工研究所 基于MgB4先驱粉的二硼化镁超导线材的镁扩散制备方法
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

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109802247A (zh) * 2018-12-19 2019-05-24 中国科学院电工研究所 一种超导接头及其制备方法
CN111559915A (zh) * 2019-11-18 2020-08-21 天津科技大学 一种具有高晶粒间连接性石墨烯/FeSe复合材料及制备方法
CN111559915B (zh) * 2019-11-18 2022-04-19 天津科技大学 一种具有高晶粒间连接性石墨烯/FeSe复合材料及制备方法
CN110828059A (zh) * 2019-11-28 2020-02-21 西北有色金属研究院 一种百米级37芯MgB2超导线材的镁扩散制备方法
CN114596996A (zh) * 2022-03-21 2022-06-07 西北有色金属研究院 一种千米级多芯MgB2超导线材的制备方法

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