專利名稱：一種MgB的制作方法
技術領域：
一種MgB2超導材料及其制備方法，涉及一種具有高臨界電流密度的新型MgB2超導材料及其制備方法。
背景技術：
MgB2是一種新近發現的新型超導材料，是一種轉變溫度為39K的金屬間化合物超導體，極有希望在20K-30K的溫度范圍內取得廣泛應用。由于MgB2具有簡單的化學組成和晶體結構，在MgB2的晶粒之間不存在弱連，與高溫氧化物超導體相比，MgB2將在制備和成材方面具有不可比擬的優勢。同時，和低溫超導體和A15超導體相比較，MgB2超導轉變溫度較高39K，在20K-30K之間應用正好填補低溫超導體和A15超導體的空白，使得制冷機的廣泛應用成為可能。然而，目前與低溫超導體和A15超導體相比，MgB2的臨界電流密度還很低。通常制備MgB2的方法是通過氬氣氣氛下固態燒結B和Mg的混合物，經過擴散反應形成MgB2，這種方法制備的MgB2的塊材和線材通常比較疏松，造成晶粒間的連接性能比較差，從而導致其臨界電流密度較差。在固態燒結法制備MgB2的過程中，通過施加壓力可以提高MgB2的致密度，但是，這種方法成本較高，而且降低MgB2的轉變溫度，難以制備實用化的線材和帶材，大大影響了MgB2材料的實用化進程。
發明內容
本發明的目的就是為了克服已有技術存在的不足，提供一種具有高臨界電流密度MgB2超導材料及其方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種MgB2超導材料，其特征在于在MgB2超導材料中摻雜有選自Ti、Zr、Mo、Nb、W或Hf中的一種金屬元素Me，其組成的摩爾比Mg∶Me∶B＝(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2。
本發明的一種MgB2超導材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、Me粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結，在600℃-650℃保溫1-2小時，750℃-800℃保溫1-2小時，850℃-950℃保溫2-4小時，制備含Me的MgB2超導材料。
本發明的MgB2與已有的MgB2相比較，通過金屬元素M的摻雜，形成MB2，一方面MB2和MgB2相互作用，造成晶格畸變，另一方面，MB2細化MgB2的晶粒，產生更多的晶界，加強了晶界釘扎的作用，最終使得總的磁通釘扎力得以提高，從而提高臨界電流密度。本發明的MgB2制備方法實用簡單，制備的MgB2超導體既可以作為塊材直接應用，也可以作為線材、帶材的前驅粉或是作為商業的MgB2粉末的原材料。通過這種方法所制備的含這種金屬元素的MgB2帶材在10K，自場下其臨界電流密度可以達到1.58X106A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達到9.37X105A/cm2，為目前國際最高性能，使得MgB2的商業應用成為可能。
具體實施例方式
下面結合實例對本發明的方法作進一步說明。
一種MgB2超導材料，其特征在于在MgB2超導材料中摻雜有選自Ti、Zr、Mo、Nb、W或Hf中的一種金屬元素Me，其組成的摩爾比Mg∶Me∶B＝(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2。
本發明的一種MgB2超導材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、Me粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2配制并混合均勻，(要不要壓實，壓力如何？)，在常壓氬氣氣氛中進行燒結，在600℃-650℃保溫1-2小時，750℃-800℃保溫1-2小時，850℃-950℃保溫2-4小時，制備本發明的MgB2超導材料。
使用本發明的方法，可以前Mg粉、Me粉和B粉配制并混合均勻后，經燒結后直接得到具有高臨界電流密度MgB2超導塊材；另外將混給合料裝入Ta作為阻隔層的銅管中，經加工至0.3mm×4.0mm的帶材，然后在常壓氬氣氣氛中進行燒結，得到具有高臨界電流密度MgB2超導帶材。
磁通釘扎的角度看，在磁場下MgB2較低的臨界電流密度是由于材料所捕獲的磁通線的大量移動造成的，因此不能夠簡單地通過提高MgB2材料的致密度來達到。較強的磁通釘扎是通過引入一定數量的尺寸恰當的晶體缺陷或第二相粒子來獲得。元素摻雜一方面可以進入到晶體的晶格，造成晶格畸變，形成晶體缺陷；另一方面，可以以細小的第二相彌散在整個超導體當中或者是使MgB2晶粒細化(可以增加晶界的有效面積)，這些都可以增強體系的磁通釘扎能力。因此，采用元素摻雜的方法制備高臨界電流密度MgB2塊材和線材的方法是可行的。
實例1制備摻雜金屬元素Ti的MgB2塊材。將Mg粉、Ti粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結熱處理，650℃保溫1小時，750℃保溫1.5小時，850℃保溫2小時，制備含摻雜金屬元素Ti硼化物的MgB2塊材。這種MgB2塊材塊材在5K，自場下其臨界電流密度可以達到2×106A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達到3×105A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達到1.3×106A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達到9.4X104A/cm2。
實例2制備摻雜金屬元素Ti的MgB2帶材。將Mg粉、Ti粉和B粉按照摩爾比0.85∶0.15∶2配制并混合均勻，裝入Ta作為阻隔層的銅管中，經加工至0.3mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進行燒結熱處理，600℃保溫1小時，800℃保溫1小時，900℃保溫2小時，制備含摻雜金屬元素Ti硼化物的MgB2帶材。這種MgB2帶材在10K，自場下其臨界電流密度可以達到1.58×106A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達到1.6×105A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達到9.3×105A/cm2，2T下，臨界電流密度可以達到4.27×104A/cm2。
實例3制備摻雜金屬元素Zr的MgB2塊材。將Mg粉、Zr粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結熱處理，850℃保溫2小時，制備含摻雜金屬元素Zr硼化物的MgB2塊材。這種MgB2塊材在30K，自場下其臨界電流密度可以達到7.2×105A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達到1.2×104A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達到1.83×106A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達到5.6×105A/cm2。
實例4制備摻雜金屬元素Mo的MgB2塊材。將Mg粉、Mo粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結熱處理，600℃保溫1小時，800℃保溫1小時，900℃保溫2小時，制備含摻雜金屬元素Mo硼化物的MgB2塊材。這種MgB2塊材在30K，自場下其臨界電流密度可以達到5.0×105A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達到1.1×104A/cm2；在20K，自場下其臨界電流密度可以達到1.4×106A/cm2，1T下，臨界電流密度可以達到3.2×105A/cm2。
權利要求
1.一種MgB2超導材料，其特征在于在MgB2超導材料中摻雜有選自Ti、Zr、Mo、Nb、W或Hf中的一種金屬元素Me，其組成的摩爾比Mg∶Me∶B＝(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2。
2.本發明所述的一種MgB2超導材料的制備方法，其特征在于其制備是將Mg粉、Me粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.1-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進行燒結，在600℃-650℃保溫1-2小時，750℃-800℃保溫1-2小時，850℃-950℃保溫2-4小時，制備含Me的MgB2超導材料。
全文摘要
一種MgB
文檔編號H01L39/24GK1329370SQ0112045
公開日2002年1月2日 申請日期2001年7月16日 優先權日2001年7月16日
發明者馮勇, 付寶全, 趙勇, 劉奉生, 劉向宏, 紀平, 張平祥, 周廉, 劉春芳, 杜社軍, 閻果, 吳曉祖 申請人:西北有色金屬研究院