CN1190802C - 一种硼化镁超导线材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硼化镁超导线材的制备方法，该超导线由线芯为具有超导性能的MgB2及包覆其外的、选自低碳钢、镍或钽的金属覆层组成。其制备过程为将Mg粉和B粉按摩尔比充分混合研磨装入金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体后进行旋锻、孔型轧制、加工成方线到线材；经真空退火，得到本发明的硼化镁超导线材。本发明的方法加工性能优良，形成的MgB2晶粒细化，有强化MgB2晶粒连接，同时改善了加工过程中金属流动性，避免了出现断裂现象。
Description
技术领域
一种硼化镁超导线材的制备方法，涉及一种具有超导性质的MgB2相与金属相组成的圆形超导线材及其制备方法。
背景技术
MgB2是一种新近发现的金属间化合物超导体，其超导转变温度高达39K，填补了中温超导体的空白，是一种在GM制冷机工作范围内(10K-30K)具有极大应用潜力的新型超导材料。与氧化物高温超导体材料相比，MgB2的晶体结构更简单，相干长度大、无晶界弱连接，可以承载很高的电流密度。同时B元素和Mg元素的价格低廉，制备成本比高温和低温超导体低，因此MgB2的线材的制备受到国际上的广泛重视。目前MgB2线材制备主要有两种方法：一、直接用商品MgB2粉末装管，然后经过拉拔成线材；二、由S.Jin等在自然杂志上公开了一种用Fe作包套的MgB2作超导线材的制造方法(S.Jin，H.MaVoori，C，Boveret al.High critical currents in iron-clad superconducting MgB2，wires.Nature，2001.411：563-565)。用Mg粉和B粉按MgB2的化学计量比装入铁管拉拔，再进行热处理，从而生成MgB2相。第一种方法工艺简单，但是对MgB2粉末的纯度要求非常高，这就会增加制备成本，同时由于MgB2硬度很大，加工过程中线材容易断裂，从而无法制备具有应用价值的高临界电流密度MgB2超导长导线。第二种方法制备的MgB2超导线材中由于是通过Mg和B的反应生成MgB2，因此MgB2晶粒连接较好，可以承载较高的电流密度，但是由于在加工过程中要避免MgB2相的生成而不能退火，加工过程中线材极易断裂，因此很难加工成具有工程应用价值的长线材。同时，虽然国际上在MgB2线材短样品制备上取得了一些进展，但是这些线材存在的最大问题是临界电流密度偏低。目前，对于具有实际工程应用价值的MgB2长线材的制备尚未有报道，这就大大影响了MgB2超导体的实用化过程。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足，提供一种具有高临电流密度的硼化镁超导线材的制备MgB2超导线材的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种硼化镁超导线材的制备方法，该超导线由线芯为具有超导性能的MgB2及包覆在具有超导性能的MgB2外的、选自低碳钢、镍或钽的一种的金属覆层组成；其特征在于其制备过程为：
a.将Mg粉和B粉按摩尔比1∶2的比例充分混合研磨，将研磨后的粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
b.将组装的复合体按照每次1mm-1.5mm的道次加工率进行旋锻；然后进行孔型轧制，按照每次1.5mm-3.0mm的道次加工率加工成方线；再将方线按照每次0.1mm-0.25mm的道次加工率加工线材；
c.将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-3Pa的真空度后充入氩气，然后以50℃/分钟-70℃/分钟的升温速率将线材加热，在700℃-950℃的温度下保温1-5小时，最后以20℃/分钟-30℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到本发明的硼化镁超导线材。
本发明的一种硼化镁超导线材，其特征在于一种硼化镁超导线材截面直径为0.5mm-3.0mm。
本发明的优点是，采用加工性能优良、硬度较大的低碳钢管外层覆铜管的复合体作为MgB2的包套材料，有利于在加工过程中将初始的Mg粉和B粉充分破碎，使最终形成的MgB2晶粒细化，有效强化MgB2晶粒连接，同时改善了加工过程中金属流动性，避免了出现断裂现象。其次包套复合超导体材料经过材料旋锻、孔型轧制和拉拔的综合加工过程，形成的超导体更致密，因而大大提高了电流密度。另外，本发明可实现MgB2线材一次低温快速烧结成材，避免了目前普遍采用的高温烧结导致的MgB2超导体中杂相含量较大、孔隙多等问题。制备的MgB2线材包括具有超导性能的MgB2和包围MgB2的金属层，线材的横截面呈圆型，直径为0.5-3.0mm。
具体实施方案
一种硼化镁超导线材的制备方法，其制备过程为a.将Mg粉和B粉按摩尔比1∶2的比例充分混合研磨，将研磨后的粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；b.将组装的复合体按照每次1mm-1.5mm的道次加工率进行旋锻；然后进行孔型轧制，按照每次1.5mm-3.0mm的道次加工率加工成方线；再将方线按照每次0.1mm-0.25mm的道次加工率加工线材；c.将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-3Pa的真空度后充入氩气或氢气的保护气体，然后以50℃/分钟-70℃/分钟的升温速率将线材加热，在650℃-800℃的温度下保温1-5小时，最后以20℃/分钟-30℃/分钟的速率将线材冷却到室温，制成超导温度不低于39K，具有高临界电流密度的MgB2实用超导复合材。
下面具体说明符合本发明的实例。
实施例1
首先将Mg粉和B粉按摩尔比1∶2的比例充分混合研磨1小时，将研磨后的粉末装入1米长的低碳钢管(内径10mm，壁厚1.5mm)中，使粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭钢管两端，再将钢管装入1米长无氧铜管(内径13.5mm，壁厚2mm)中，继而，对这一组装的复合体进行旋锻，按照每次1mm的道次加工率加工至直径为7mm。然后进行孔型轧制，按照每次1.5mm的道次加工率加工成边长为3mm的方线。将方线按照每次0.1mm的道次加工率加工成直径为1.7mm，长度为46米的线材。将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-3Pa的真空度后充入纯氩气(＞99％)，然后以50℃/分钟的升温速率将线材加热，在800℃的温度下保温3小时，最后以20℃/分钟的速率将线材冷却到室温，便制成超导转变温度不低于39K，高传输临界电流密度的MgB2实用导线复合材，其传输临界电流密度达到5.1×104A/cm2(25K，2T)。
实施例2
首先将Mg粉和B粉按摩尔比1∶2的比例充分混合研磨1小时，将研磨后的粉末装入0.7米长的钽管(内径6mm，壁厚2mm)中，使粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将钽管装入0.7米长无氧铜管(内径10mm，壁厚2mm)中，然后，对这一组装的复合体进行旋锻，按照每次2mm的道次加工率加工至直径为6mm。然后进行孔型轧制，按照每次2.1mm的道次加工率加工成边长为2.7mm的方线。将方线按照每次0.2mm的道次加工率加工成直径为0.8mm，长度为51米的线材。将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-3Pa的真空度后充入纯氩气(＞99％)，然后以50℃/分钟的升温速率将线材加热，在950℃的温度下保温1小时，最后以20℃/分钟的速率将线材冷却到室温，便制成超导转变温度不低于39K，高传输临界电流密度的MgB2实用导线复合材，其传输临界电流达到500安培，其传输临界电流密度达到6×105A/cm2(4.2K，0T)。
实施例3
首先将Mg粉和B粉按摩尔比1∶2的比例充分混合研磨1小时，将研磨后的粉末装入1米长的钽管(内径10mm，壁厚1.5mm)中，使粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将钽管装入0.7米长无氧铜管(内径10mm，壁厚2mm)中，然后，对这一组装的复合体进行旋锻，按照每次1.5mm的道次加工率加工至直径为7mm。然后进行孔型轧制，按照每次2mm的道次加工率加工成边长为3mm的方线。将方线按照每次0.1mm的道次加工率加工成直径为1.2mm，长度为52米的线材。将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-3Pa的真空度后充入纯氩气(＞99％)，然后以50℃/分钟的升温速率将线材加热，在700℃的温度下保温1小时，最后以20℃/分钟的速率将线材冷却到室温，便制成超导转变温度不低于39K，高传输临界电流密度的MgB2实用导线复合材，其传输临界电流达到500安培，其传输临界电流密度达到2.1×104A/cm2(4.2K，0T)。
实施例4
首先将Mg粉和B粉按摩尔比1∶2的比例充分混合研磨1小时，将研磨后的粉末装入0.55米长的低碳钢管(内径8mm，壁厚1.5mm)中，使粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，对这一组装的复合体进行旋锻，按照每次1mm的道次加工率加工至直径为6mm。然后进行孔型轧制，按照每次1.5mm的道次加工率加工成边长为3mm的方线。将方线按照每次0.1mm的道次加工率加工成直径为1.6mm，长度为35米的线材。将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-3Pa的真空度后充入纯氩气(＞99％)，然后以50℃/分钟的升温速率将线材加热，在800℃的温度下保温3小时，最后以20℃/分钟的速率将线材冷却到室温，便制成超导转变温度不低于39K，高传输临界电流密度的MgB2实用导线复合材，其传输临界电流达到500安培(4.2K，1T)，其传输临界电流密度达到5.6×104A/cm2(15K，3T)。
Claims (2)
1.一种硼化镁超导线材的制备方法，该超导线由线芯为具有超导性能的MgB2及包覆在具有超导性能的MgB2外的、选自低碳钢、镍或钽的一种的金属覆层组成；其特征在于其制备过程为：
a.将Mg粉和B粉按摩尔比1∶2的比例充分混合研磨，将研磨后的粉末装入选自低碳钢管、镍管或钽管的一种金属管内，粉末在管中达到充实、紧密，然后封闭管两端，再将其金属管装入无氧铜管组成复合体；
b.将组装的复合体按照每次1mm-1.5mm的道次加工率进行旋锻；然后进行孔型轧制，按照每次1.5mm-3.0mm的道次加工率加工成方线；再将方线按照每次0.1mm-0.25mm的道次加工率加工线材；
c.将加工后线材置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待达到10-3pa的真空度后充入氩气，然后以50℃/分钟-70℃/分钟的升温速率将线材加热，在700℃-950℃的温度下保温1-5小时，最后以20℃/分钟-30℃/分钟的速率将线材冷却到室温，得到硼化镁超导线材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于制备的硼化镁超导线材截面直径为0.5mm-3.0mm。
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