專利名稱：一種有機(jī)物摻雜的MgB₂塊材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于MgB2超導(dǎo)材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種改善MgB2超 導(dǎo)體高場性能的方法。
背景技術(shù)：
MgB2是一種簡單的二元化合物，于2001年被發(fā)現(xiàn)具有超導(dǎo)性能， 由于其臨界轉(zhuǎn)變溫度為39K，此溫度可以使用制冷機(jī)達(dá)到，從而避免 使用昂貴的液氦；同時(shí)MgB2晶界間不存在弱連^l妄，易于制備大電流傳 輸導(dǎo)線；加之原材料制造成本低廉，被世界各超導(dǎo)研究小組廣泛關(guān)注。 在20 30K溫度區(qū)間、低外加磁場條件下使用，其超導(dǎo)性能已經(jīng)達(dá)到 并超過目前已成熟使用的傳統(tǒng)低溫超導(dǎo)材料Nb3Sn。在醫(yī)療領(lǐng)域中， MgB2超導(dǎo)材料極有可能取代現(xiàn)階段核磁共振成像(MRI)設(shè)備中的核 心磁體使用的Nb3Sn超導(dǎo)材料，并大大P爭低使用成本，具有很強(qiáng)的竟 爭力。然而純凈的MgB2超導(dǎo)材料其臨界電流密度(義)隨外加磁場增 大而出現(xiàn)快速下降的現(xiàn)象，這一 問題極大地阻礙了 MgB2超導(dǎo)體在實(shí)際 中的應(yīng)用。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，對MgB,2進(jìn)行摻雜改性，人為的在超導(dǎo)體中 引入缺陷并形成4丁扎中心，阻止f茲通線的移動(dòng)，可以有效的改善MgB2 超導(dǎo)體的高場性能，提高其高場下的臨界電流密度。
目前，用于摻雜的物質(zhì)主要有l(wèi))納米級金屬單質(zhì)顆粒，如Ti、 Zr、 Zn和Cu等；2)納米級金屬間化合物，如Ho203、 ZrSi、 ZrBs和 SiA等；3)納米級碳單質(zhì)顆粒及碳化物顆粒，如金剛石顆粒、SiC、 BX和TiC等。研究發(fā)現(xiàn)，納米級顆粒相比微米級顆粒可以更好的提 高M(jìn)gB2超導(dǎo)體的臨界電流密度，因此在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段被廣泛使用。 但是納米級顆粒價(jià)格昂貴，在工廠的大規(guī)模生產(chǎn)中會(huì)大幅提高制造成本，不能適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種有機(jī)物摻雜
的MgB2塊材的制備方法。本發(fā)明可有效改善MgB2超導(dǎo)體的高場性能， 同時(shí)降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明采用非納米級的聚丙烯酸鋅或聚丙烯酸鎂粉末與鎂和硼 粉摻雜，而后通過壓力機(jī)將混合粉末壓制成型，再進(jìn)行退火燒結(jié)制得 有機(jī)物摻雜的MgB2塊材，具體包括以下步驟
1) 將硼粉與有機(jī)摻雜物粉末加入去離子水中，攪拌lh后，烘干 蒸發(fā)水分，得到硼與有機(jī)摻雜物的混合粉末，再將混合粉末與鎂粉在 手套箱中，Ar保護(hù)氣氛下充分混和得到前驅(qū)粉末，其中，4美粉與硼 粉的摩爾比為1~ 1.1:2,有機(jī)摻雜物粉末占前驅(qū)粉末重量的10 ~ 30%;
2) 將步驟1)中得到的前驅(qū)粉末裝入模具中，壓制成型得到塊 材，壓強(qiáng)為6~14 Mpa,保持5min;
3 )將步驟2 )得到的塊材在流動(dòng)Ar保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火燒結(jié)， 燒結(jié)工藝為/人室溫升溫到600 ~90(TC,升溫速率為6°C/min，保溫 時(shí)間為lh,隨爐冷卻得到有機(jī)物摻雜的MgB2塊材。
其中，步驟1)中所述的有機(jī)摻雜物為聚丙烯酸鋅或聚丙烯酸鎂。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明采用非納米級的有機(jī)摻雜物粉末對MgB2超導(dǎo)體進(jìn)行摻雜， 與未摻雜樣相比品，可大幅度提高M(jìn)gB2塊材在5K下的臨界電流密度， 在7T下，摻雜樣品的臨界電流密度值為未摻雜樣品的5 ~ 9倍，且大 大降低了生產(chǎn)成本。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一 步描述。

圖1、實(shí)施例1制備的聚丙烯S臾鋅摻雜的MgB2塊材的XRD圖譜。 圖2、實(shí)施例1制備的聚丙烯酸鋅摻雜的MgB2塊材斷口的SEM圖片。圖3、實(shí)施例1制備的聚丙烯酸鋅摻雜的MgB2臨界電流密度和外 加》茲場的關(guān)系曲線。圖4、實(shí)施例1制備的聚丙烯酸鋅摻雜的MgB2交流磁化率和溫度 的關(guān)系曲線。圖5、實(shí)施例2制備的聚丙烯酸鎂摻雜的MgB2塊材的XRD圖譜。圖6、實(shí)施例2制備的聚丙烯酸鎂摻雜的MgB2臨界電流密度和外 加》茲場的關(guān)系曲線。圖7、實(shí)施例3制備的聚丙烯酸鋅摻雜的MgB2臨界電流密度和外 加石茲場的關(guān)系曲線。XRD圖譜表明，本發(fā)明的MgB2塊材具有良好的相組成。掃描電鏡 (SEM)觀察表明，本發(fā)明的MgB2塊材顆粒大小均一。臨界電流密度 和外加磁場的關(guān)系曲線表明，本發(fā)明的MgB2塊材具有較好的臨界電流 密度值。交流磁化率和溫度的關(guān)系曲線表明，本發(fā)明的MgB2塊材具有 較好的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例11) 分別稱取Mg粉2. 764359g、 B粉2. 235641g和聚丙烯酸鋅粉 末O. 5g，將硼粉和聚丙烯酸鋅粉末加入去離子水中，攪拌lh，隨后 用烘箱使溶劑完全蒸發(fā)，并與4美粉在Ar保護(hù)氣氛下充分混和；2) 將混合均勻的粉末裝入模具中，用壓力機(jī)壓制成型得到塊材，壓強(qiáng)為14 Mpa, l呆-持5min;3 )對獲得的塊材在Ar保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火燒結(jié)得到聚丙烯酸鋅 摻雜MgB2塊材，燒結(jié)工藝為/人室溫以6°C/min的升溫速率升溫到 800°C,保溫lh后，隨爐冷卻得到聚丙烯酸鋅摻雜的MgB2塊材。MgB2樣品的XRD圖譜如圖1所示，可以看出在反應(yīng)中主要生成了 MgB2相。MgB2樣品的斷口形貌如圖2所示，由此SEM照片可以看出MgB2 顆粒大小均一。圖3為MgB2樣品的臨界電流密度隨溫度的變化曲線， 通過磁測量方法推算出該線材的臨界電流密度為1. 14 x 104A/cm2 (7T, 5K)。圖4為MgB2樣品的交流磁化率和溫度的關(guān)系曲線，可見 MgB2樣品具有較好的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為36. 8K。實(shí)施例21) 分別稱取Mg粉2. 646047g、 B粉2. 353953g和聚丙烯酸鋅鎂 lg，將硼粉和聚丙烯酸鎂粉末加入去離子水中，攪拌lh,隨后用烘 箱使溶劑完全蒸發(fā)，并與鎂粉在Ar保護(hù)氣氛下充分混和；2) 將混合均勻的粉末裝入模具中，用壓力機(jī)壓制成型得到塊材， 壓強(qiáng)為14 Mpa,保:持5min;3 )對獲得的塊材在Ar保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火燒結(jié)得到聚丙烯酸《美 摻雜MgB2塊材，燒結(jié)工藝為從室溫以6°C/rain的升溫速率升溫到 900°C,保溫lh后，隨爐冷卻得到聚丙烯酸鎂摻雜的MgB2塊材。MgB2樣品的XRD圖譜如圖5所示，可以看出在反應(yīng)中主要生成了 MgB2相。圖6為MgB2樣品的臨界電流密度隨溫度的變化曲線，通過磁 測量方法推算出該線材的臨界電流密度為9700A/cm2 (7T， 5K)。實(shí)施例31 )分別稱耳又Mg粉2. 764359g、 B粉2. 235641g和聚丙烯酸鋅粉 末1.5g,將硼粉和聚丙烯酸鋅粉末加入去離子水中，攪拌lh,隨后用烘箱使溶劑完全蒸發(fā)，并與鎂粉在Ar保護(hù)氣氛下充分混和；2)將混合均勻的粉末裝入模具中，用壓力機(jī)壓制成型，壓強(qiáng)為14 Mpa, 保持5min;3 )對獲得的塊材在Ar保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火燒結(jié)得到聚丙烯酸鋅摻雜MgB2塊材，燒結(jié)工藝為從室溫以6°C/min的升溫速率升溫到600°(〕，保溫lh后，隨爐冷卻得到聚丙烯酸鋅^滲雜的MgB2塊材。圖7為MgB2樣品的臨界電流密度隨溫度的變化曲線，通過》茲測量方法推算出該線材的臨界電流密度為5640A/cm2 (7T, 5K )。
權(quán)利要求
1、一種有機(jī)物摻雜的MgB2塊材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將硼粉與有機(jī)摻雜物粉末加入去離子水中，攪拌1h后，烘干蒸發(fā)水分，得到硼與有機(jī)摻雜物的混合粉末，再將混合粉末與鎂粉在手套箱中，Ar保護(hù)氣氛下充分混和得到前驅(qū)粉末，其中，鎂粉與硼粉的摩爾比為1～1.1∶2，有機(jī)摻雜物粉末占前驅(qū)粉末重量的10～30％；2)將步驟1)中得到的前驅(qū)粉末裝入模具中，壓制成型得到塊材，壓強(qiáng)為6～14Mpa，保持5min；3)將步驟2)得到的塊材在流動(dòng)Ar保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫升溫到600～900℃，升溫速率為6℃/min，保溫時(shí)間為1h，隨爐冷卻得到有機(jī)物摻雜的MgB2塊材。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中所述的有 機(jī)摻雜物為聚丙烯S吏鋅或聚丙烯酸鎂。
全文摘要
一種有機(jī)物摻雜的MgB₂塊材的制備方法屬于MgB₂超導(dǎo)材料制備領(lǐng)域?，F(xiàn)有納米顆粒摻雜MgB₂成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明通過將硼粉與摻雜物粉末加入去離子水中攪拌1h后，烘干水分，再將其與鎂粉在手套箱中充分混和，其中，鎂粉與硼粉的摩爾比為1～1.1∶2，摻雜物粉末占前驅(qū)粉末重量的10～30％；再將前驅(qū)粉末壓制成塊材，壓強(qiáng)為6～14MPa，保持5min；最后將塊材在流動(dòng)Ar氣下，以6℃/min的升溫速率升溫到600～900℃，并保溫1h，隨爐冷卻得到有機(jī)物摻雜的MgB₂塊材。本發(fā)明塊材臨界電流密度高，制備成本低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01B13/00GK101295563SQ200810115718
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者敏 劉, 騰 張, 張子立, 朝 王, 索紅莉, 麟 馬, 高培闊 申請人:北京工業(yè)大學(xué)