专利名称：超导磁场屏蔽室及制备方法
技术领域：
本发明涉及超导屏蔽室制备领域，特别是涉及采用电泳技术制备低磁场下应用的二硼化镁MgB2超导磁场屏蔽室及制备方法。
背景技术：
磁屏蔽系统是屏蔽掉外来磁噪声，从而在一特定空间内形成低磁甚至零磁态，以便进行高精度的电磁或生物体测量和研究，现在存在的屏蔽低频磁场的主要方法有利用高磁导率的材料如坡莫(Fe-Ni)合金，或利用超导体材料的完全抗磁性来制作的，采用坡莫(Fe-Ni)合金屏蔽时造价昂贵，体积庞大，屏蔽效果较差，漏磁现象严重，(文献1Magnetic-field simulation for shielding from highmagnetic fields，J.Appl.Phys，Vol 91，6991，2002)。超导体屏蔽主要有两类，传统超导体和高温超导体，它们的屏蔽效果要远好于坡莫合金。但传统超导体如NbTi等由于其临界磁场较低，只能在低磁场下应用，如地磁场等。高温超导体主要以YBCO和Bi系材料为代表，中小型的屏蔽系统一般由烧结的大块材料机械加工而成，在加工时为保证它们的超导性能和均匀性需要采用一些复杂的工艺如静压成形、慢冷却等，这些都大大提高了生产成本。由于高温超导材料难以形成单相，而且存在严重的弱连接问题，使得临界电流密度较低，从而使得它们只适合在低磁场下应用。如文献2高温超导体的磁屏蔽装置，专利申请号.87216407；该专利采用2个圆筒以同心方式套装在一起，圆筒之间填充塑料或纸，其上口有一筒顶盖，内圆筒由超导材料制作，外筒和筒顶盖由导磁材料制作。该磁屏蔽装置防磁效果较差，而且结构复杂，生产成本较高，不能满足实用需要。
发明内容
本发明的目的在于克服已有的屏蔽系统造价昂贵，体积庞大，屏蔽效果较差，漏磁现象严重的缺点，从而提供一种能在低磁场下应用的超导屏蔽室和采用电泳技术制备二硼化镁超导屏蔽室的方法。
本发明的目的是这样实现的
本发明提供的超导磁场屏蔽室，包括一空心金属管或内壁镀有金属层的陶瓷管和顶盖；其特征在于在所述的空心金属管或内壁镀有金属层的陶瓷管内壁有一均匀致密的MgB2膜，在该管端口盖有用MgB2制作的顶盖。
所述的MgB2膜厚度为0.5-70um；所述的金属管的材料要求化学性质稳定，高温下极少与镁反应的，包括铁、不锈钢、镍、铜-镍合金等。
所述的陶瓷管内壁镀的金属层的材料是要求化学性质稳定，高温下极少与镁反应的，包括铁、不锈钢、镍、铜-镍合金等导电率较高的金属材料，陶瓷管内壁镀的金属层的目的只是起导电作用，其金属层一般在约10厚以上即可。
该低磁场下应用的超导屏蔽室由于采用MgB2作为屏蔽材料，而MgB2材料的下临界场约为400 Oe、穿透深度约200nm，用这种材料制备的屏蔽室的磁场衰减可达108-109，同时MgB2晶界弱连接不明显，容易获得较高的临界电流密度，从而使得该屏蔽系统可在较高磁场下应用。
本发明的一种制备低磁场下应用的超导屏蔽室的方法，包括以下步骤第一将商业用化学纯的高纯硼粉充分研磨，颗粒度在0.3um以下；第二在洗净的电泳池中将研磨后的硼粉与丙酮按500-700毫克/升的比例混合，并再按3-5毫克/升的比例(丙酮与碘的比例)加入纯碘，然后采用超声震动或其他搅拌方式使硼粉与丙酮充分混合均匀形成硼粉的悬浮液；第三将空心金属管或镀有金属层的陶瓷管作为正电极、金属棒作为负电极，负电极位于空心金属管或镀有金属层的陶瓷管的中心，一起插入电泳池中；两电极间的距离就是空心金属管或镀有金属层的陶瓷管中心到管壁的距离，即金属管的半径r；第四通过直流电源在正负电极上加约200-1000V的直流电压并保持2-15分钟，空心金属管或镀有金属层的陶瓷管的内表面就会有一层均匀的深黄色硼膜，膜厚约为80-150um；第五将第四步骤沉积好硼膜的空心金属管或镀有金属层的陶瓷管在隔绝氧气的条件下(采用通常的抽真空封管或通流动保护气体如氩气等方式)，在镁蒸汽氛围内烧结，镁蒸气压为4.5×106-7×106帕，炉温以每分钟10-15℃的速率缓慢升至900-950℃，保温30-50分钟，然后炉温以自然降温至室温，空心金属管或镀有金属层的陶瓷管7内就沉积一层0.5-70um厚超导硼化镁膜；第六用上述方法制备二个二硼化镁超导平板作为顶盖，并固定于上述超导管的二端口，这样就制成了MgB2超导屏蔽室。
采用电泳法制备膜时沉积速率很大，因此MgB2超导屏蔽室的制备较迅速，并且容易制备较大而且均匀的屏蔽室，适合工业化生产。而且本发明工艺简单，造价低廉，制备的屏蔽室性能优良，是工业化生产MgB2超导屏蔽室的理想方法。
本发明的优点1、由于超导体处于超导态时是完全抗磁的，因此超导屏蔽室在其临界磁场范围内几乎可完全屏蔽外界磁场的干扰。
2、MgB2具有较高的下临界场和较小的穿透深度，它制备简单，容易获得单一相，并且晶界弱连接不明显，可以这到较高的电流密度，使得它可以在较高磁场下应用，因此更适于做屏蔽材料。
3、电泳法沉积二硼化镁膜时速度快而且均匀，因此可迅速制备出性能优良的MgB2超导屏蔽室，适合工业化生产。
4.该方法生长迅速、工艺简单、成本低廉，适合于工业化生产超导屏蔽室。
图1是本发明的使用电泳池制备MgB2超导屏蔽室方法示意2是本发明的MgB2超导屏蔽室的结构示意面说明1、4-盖 2-管壁 3-二硼化镁膜5-正电极 6-属管 7-电泳池8-高压直流电源9-负电极具体实施例实施例1用空心铁管制备MgB2超导屏蔽室本实施例取一截面直径为1厘米、高为3厘米、壁厚为0.3厘米的空心纯铁管6，在其内壁沉积一层约70um厚的超导硼化镁膜3，并在所述的空心纯铁管6的两端口盖有二硼化镁制作的顶盖1、4，这样就制成了MgB2超导屏蔽室，如图1所示。
实施例2本实施例取一截面直径为2.3厘米、高为5厘米、壁厚为0.3厘米的陶瓷管6，内壁沉积一层约30um厚的银层；然后在其银层上沉积一层约150um厚的超导硼化镁膜3，并在该管6的两端口盖有二硼化镁制作的顶盖1、4，这样就制成了MgB2超导屏蔽室，如图1所示。
实施例3用空心Al2O3陶瓷管制备MgB2超导屏蔽室在Al2O3陶瓷管内壁预先蒸发淀积一层铜膜，其厚度为10；然后重复实施例1，就获得与实施例1相同结构的Al2O3陶瓷管内壁带有铜膜的MgB2超导屏蔽室。
实施例4用在不锈钢容器代替石英管，其余与实施例1结构相同，获得Fe外壁，超导内壁的屏蔽室。这样的不锈钢管可以重复使用。
实施例5下面结合制备方法详细说明本发明的结构，应用图2所示的电泳池装置，制备图1所示的本发明的MgB2超导屏蔽室，包括六步完成第一将研磨后的56毫克硼粉与160毫升丙酮充分混合均匀(二者纯度均为99.99％)，并加入3毫克纯碘，一起到入电泳池中，并使其均匀混合。
第二将截面直径为1厘米、高为3厘米、壁厚为0.3厘米的空心纯铁管或内壁镀有10μm厚Al铝金属层的陶瓷管6分别用丙酮、酒精、去离子水洗净，然后插入电泳池7中，将电源正极5接在金属管的管壁上，负极9为位于空心纯铁管或内壁镀有金属层的陶瓷管6中央，其负极9为直径1毫米的铁棒；第三通过直流电源8在电极上加1000V的直流电10分钟，空心纯铁管或内壁镀有金属层的陶瓷管6内表面就会有一层80微米厚的棕色二硼化镁膜；第四将做好的膜的空心纯铁管或内壁镀有金属层的陶瓷管烘干并与3克镁块一起封在抽真空的石英管内，真空度低于10帕；放入镁块是为了防止烧结时管内的镁蒸气压太低；第五将封好的石英管放在桶式炉中烧结。炉温以每分钟12-15℃的速率缓慢升至900℃，保温50分钟，然后自然降至室温；第六用上述方法制备二个二硼化镁超导平板，并固定于上述已做好的二硼化镁超导管的二端口，这样二硼化镁超导屏蔽室就制备好了；该方法得到的MgB2超导屏蔽室可是磁场衰减108-109，性能优良，而且经多次试验证实该方法简单易行，重复性好。
权利要求
1.一种超导磁场屏蔽室，包括一空心金属管或内壁镀有金属层的陶瓷管和顶盖；其特征在于在所述的空心金属管或内壁镀有金属层的陶瓷管内壁有一均匀致密的MgB2膜，在该管端口盖有用MgB2制作的顶盖。
2.按权利要求1所述的超导磁场屏蔽室，其特征在于所述的MgB2膜厚度为0.5-70um。
3.按权利要求1所述的超导磁场屏蔽室，其特征在于所述的金属管包括铁、不锈钢、镍或铜-镍合金材料制作的。
4.按权利要求1所述的超导磁场屏蔽室，其特征在于所述的陶瓷管内壁镀的金属层包括银、铝、金、铜或导电率较高的金属层，其厚度在10以上。
5.一种制备权利要求1所述的超导磁场屏蔽室的方法，其特征在于包括以下步骤第一将商业用化学纯的高纯硼粉充分研磨，至颗粒度在0.3um以下；第二在洗净的电泳池中将研磨后的硼粉与丙酮按500-700毫克/升的比例混合，并再按丙酮与碘以3-5毫克/升的比例加入纯碘，然后采用超声震动或其他搅拌方式使硼粉与丙酮充分混合均匀形成硼粉的悬浮液；第三将空心金属管或镀有金属层的陶瓷管作为正电极、金属棒作为负电极，负电极位于空心金属管或镀有金属层的陶瓷管的中心，一起插入电泳池中；两电极间的距离为金属管的半径r；第四通过直流电源在正负电极上加约200-1000V的直流电压，并保持2-15分钟，空心金属管或镀有金属层的陶瓷管的内表面就会有一层均匀的深黄色硼膜，膜厚约为80-150um；第五将第四步骤沉积好硼膜的空心金属管或镀有金属层的陶瓷管在隔绝氧气的条件下，在镁蒸汽氛围内烧结，镁蒸气压为4.5×106-7×106帕，炉温以每分钟10-15℃的速率缓慢升至900-950℃，保温30-60分钟，然后炉温以自然降温至室温，空心金属管或镀有金属层的陶瓷管7内就沉积一层0.5-70um厚超导硼化镁膜；第六用上述方法制备二个二硼化镁超导的顶盖，并固定于上述超导管的二端口。
6.按权利要求5所述的制备超导磁场屏蔽室的方法，其特征在于所述的隔绝氧气的条件包括采用通常的抽真空封管或通流动氩气保护气体。
全文摘要
本发明涉及超导磁场屏蔽室及制备方法，该屏蔽室包括一空心金属管或内壁镀有金属层的陶瓷管和顶盖；其特征在于在所述的空心金属管或内壁镀有金属层的陶瓷管内壁有一均匀致密的MgB
文档编号C25D3/00GK1484484SQ0213122
公开日2004年3月24日 申请日期2002年9月17日 优先权日2002年9月17日
发明者张芹, 许加迪, 周岳亮, 朱亚彬, 王淑芳, 陈正豪, 吕惠宾, 杨国桢, 张 芹 申请人:中国科学院物理研究所