专利名称：一种MgB的制作方法
技术领域：
一种MgB2超导体的制备方法，涉及一种分步反应制备MgB2超导体的方法。
背景技术：
超导转变温度为39K的新型第二类超导体MgB2的发现，在全世界范围内掀起了研究热潮，与氧化物超导体相比，MgB2中超导电流密度较高，晶界对超导电流是“透明的”，即超导电流不受晶界连通性的限制，同时MgB2超导体还具有晶体结构较钙钛矿型结构的氧化物高温超导体更简单，制备比较容易，MgB2的线带材价格较HTS(高温超导体)及LTS(低温超导体)低，因此MgB2有着广阔的应用前景。MgB2是一种晶体结构简单的二元金属间化合物超导体，属六方晶系。MgB2的晶体由Mg层和B层交替堆叠而成，具有六方对称性，晶格参数a＝0.3086nm，c＝0.3524nm，单胞的体积等于 它的摩尔体积V＝17.62cm3/mol，MgB2晶体的密度是2.065g/cm3。
目前制备MgB2超导体采用的主要是常压烧结工艺，其一般工艺过程为将Mg粉、B粉及掺杂物质混合、研磨、模压成型后，将压坯用Ta箔包裹，然后在高纯Ar中进行烧结反应而得到MgB2多晶超导体。也有将压坯封闭在Ta管等金属管中进行烧结的。常压烧结工艺比较简单，将Mg粉、B粉按照1∶2的比例研磨均匀后，一定温度下烧结即得到MgB2块材。但是制备出的MgB2块材常常是多孔的，致密度较低，导致其临界电流密度也很低。为了提高MgB2块材的密度，许多研究小组又采用了高压烧结工艺。该工艺是先将Mg粉、B粉按照1∶2的比例研磨均匀后，在高压条件下(＞1GPa)、高温下(＞900℃)烧结一定时间，卸压降温后，即得到致密的MgB2块材。但是高压的方法存在成本高、无法在MgB2超导线材制备过程中使用等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有MgB2超导体制备技术的不足，提供一种制备方法简单并适宜于大规模生产的MgB2超导体的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种MgB2超导体的制备方法，其特征在于制备过程为(1)将干燥的镁、硼粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1-2小时，混合后的粉末压制成片或块；(2)将压制的片或块置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率加热，在650℃-1000℃的温度下保温1-10小时，最后以不低于25℃/分钟冷却速率将其冷却至室温；
(3)将烧结得到的片或块进行破碎，然后向其中添加金属镁粉到镁和硼的原子配比为1∶2，再将混合后的粉末用压制成片或块；(4)将压制的片或块置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率加热，在不高于1000℃的温度下保温1-10小时，最后以不低于25℃/分钟冷却速率将其冷却至室温，制成MgB2超导体。
针对发明进行的研究，发现Mg-B体系相图显示镁的硼化物存在两个稳定相MgB4和MgB2，MgB4和镁反应(650-1000℃)可以生成MgB2。因此可以采用如下方法获得MgB2超导体首先采用镁和硼的原子配比为1∶4的混合粉末作为烧结粉末，在等于大气压条件下烧结，然后在获得的烧结体中添加金属镁粉，得到镁和硼的原子配比为1∶2的混合粉末，在等于大气压条件下、一定温度下对这一混合粉末进行烧结，最终获得MgB2超导体。制备的MgB2超导体表现出高致密度的特点，同时仍然保持高临界温度特征。
本发明的方法，采用分步反应法制备高致密度的MgB2超导体，可以有效细化MgB2晶粒，强化MgB2晶粒连接。同时克服了由于足量的镁与硼反应生成过程中，由于镁的气化而生成的空洞，有效提高了MgB2超导体的致密度。本发明可实现MgB2基超导材料的低成本、大规模制备。
具体实施方案一种MgB2超导体的制备方法，制备过程为(1)将干燥的镁、硼粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1-2小时，混合后的粉末压制成片或块；(2)将压制的片或块置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率加热，在650℃-1000℃的温度下保温1-10小时，最后以不低于25℃/分钟冷却速率将其冷却至室温；(3)将烧结得到的片或块进行破碎，然后向其中添加金属镁粉到镁和硼的原子配比为1∶2，再将混合后的粉末用压制成片或块；(4)将压制的片或块置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率加热，在不高于1000℃的温度下保温1-10小时，最后以不低于25℃/分钟冷却速率将其冷却至室温，制成MgB2超导体。
下面具体说明符合本发明的技术实例。
实例1将干燥的镁(99％)、硼(99％)粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的片，施加压力为20MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以60℃/分钟的升温速率将片或块加热，在650℃的温度下保温2小时，最后以25℃/分钟冷却速率将片或块冷却至室温。然后将片或块破碎成粒度为10-15微米的粉末，向其中添加金属镁粉，得到镁和硼的原子配比为1∶2的混合粉末。混合粉末用油压机压制成直径20mm的片，施加压力为20MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气，然后以60℃/分钟的升温速率将片加热，在650℃的温度下保温10小时，最后以25℃/分钟冷却速率将片或块材冷却至室温，便制成超导转变温度为38.4K，表观密度为1.923g/cm3的MgB2超导体。
实例2将干燥的镁(99％)、硼(99％)粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合2小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的片或块，施加压力为60MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，然后以60℃/分钟的升温速率将片或块加热，在700℃的温度下保温5小时，最后以25℃/分钟冷却速率将片或块冷却至室温。然后将片或块破碎成粒度为10-15微米的粉末，向其中添加金属镁粉，得到镁和硼的原子配比为1∶2的混合粉末。混合粉末用油压机压制成直径20mm的片或块，施加压力为20-80MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以65℃/分钟的升温速率将片或块材加热，在700℃的温度下保温5小时，最后以30℃/分钟冷却速率将片或块材冷却至室温，便制成超导转变温度为38.6K，表观密度为1.935g/cm3的MgB2超导体。
实例3将干燥的镁(99％)、硼(99％)粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1-2小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的片或块，施加压力为80MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入氩气，然后以60℃/分钟的升温速率将块加热，在750℃的温度下保温7小时，最后以25℃/分钟冷却速率将块冷却至室温。然后将片或块破碎成粒度为10-15微米的粉末，向其中添加金属镁粉，得到镁和硼的原子配比为1∶2的混合粉末。混合粉末用油压机压制成直径20mm的片或块，施加压力为80MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以65℃/分钟的升温速率将片或块材加热，在750℃的温度下保温7小时，最后以30℃/分钟冷却速率将块材冷却至室温，便制成超导转变温度为38.8K，表观密度为1.947g/cm2的MgB2超导体。
实例4将干燥的镁(99％)、硼(99％)粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1-2小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的片或块，施加压力为60MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以60℃/分钟的升温速率将片或块加热，在800℃的温度下保温2小时，最后以25℃/分钟冷却速率将片或块冷却至室温。然后将片或块破碎成粒度为10-15微米的粉末，向其中添加金属镁粉，得到镁和硼的原子配比为1∶2的混合粉末。混合粉末用油压机压制成直径20mm的片或块，施加压力为60MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以65℃/分钟的升温速率将片或块材加热，在800℃的温度下保温2小时，最后以30℃/分钟冷却速率将片或块材冷却至室温，便制成超导转变温度为38.3K，表观密度为1.912g/cm3的MgB2超导体。
实例5将干燥的镁(99％)、硼(99％)粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1-2小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的片或块，施加压力为40MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入氢气的混合气，然后以60℃/分钟的升温速率将片或块加热，在900℃的温度下保温1.5小时，最后以25℃/分钟冷却速率将片冷却至室温。然后将片或块破碎成粒度为10-15微米的粉末，向其中添加金属镁粉，得到镁和硼的原子配比为1∶2的混合粉末。混合粉末用油压机压制成直径20mm的片，施加压力为60MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，然后以65℃/分钟的升温速率将片或块材加热，在900℃的温度下保温1.5小时，最后以35℃/分钟冷却速率将片或块材冷却至室温，便制成超导转变温度为38.1K，表观密度为1.878g/cm3的MgB2超导体。
实例6将干燥的镁(99％)、硼(99％)粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1小时。混合后的粉末用油压机压制成直径20mm的片，施加压力为40MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入氢气的混合气，然后以60℃/分钟的升温速率将片或块加热，在1000℃的温度下保温1小时，最后以25℃/分钟冷却速率将片冷却至室温。然后将片或块破碎成粒度为10-15微米的粉末，向其中添加金属镁粉，得到镁和硼的原子配比为1∶2的混合粉末。混合粉末用油压机压制成直径20mm的片，施加压力为60MPa，然后置于真空退火炉中，于室温下抽真空，待真空度达到10-3Pa后充入氩气与氢气的混合气，然后以65℃/分钟的升温速率将片材加热，在1000℃的温度下保温1小时，最后以35℃/分钟冷却速率将片或块材冷却至室温，便制成超导转变温度为38.0K，表观密度为1.877g/cm3的MgB2超导体。
权利要求
1.一种MgB2超导体的制备方法，其特征在于制备过程为(1)将干燥的镁、硼粉末按照原子比Mg∶B＝1∶4的比例充分混合1-2小时，混合后的粉末压制成片或块；(2)将压制的片或块置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率加热，在650℃-1000℃的温度下保温1-10小时，最后以不低于25℃/分钟冷却速率将其冷却至室温；(3)将烧结得到的片或块进行破碎，然后向其中添加金属镁粉到镁和硼的原子配比为1∶2，再将混合后的粉末用压制成片或块；(4)将压制的片或块置于真空退火炉中，于室温下抽真空，然后充入纯氩气或氩气与氢气的混合气，然后以不低于60℃/分钟的升温速率加热，在不高于1000℃的温度下保温1-10小时，最后以下低于25℃/分钟冷却速率将其冷却至室温，制成MgB2超导体。
全文摘要
一种MgB
文档编号H01L39/24GK1794367SQ20051013272
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者闫果, 闫世成, 王庆阳, 冯勇, 卢亚锋, 李成山, 纪平, 吴怡芳, 张平祥 申请人:西北有色金属研究院