[发明专利]一种高强MgB2线材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导材料加工工程技术领域，具体涉及一种高强MgB₂线材的制备方法。 

背景技术

MgB₂的临界转变温度是39k，在金属化合物中具有较高的超导转变温度，可以在液氢温区（10-20k）工作，而传统的低温超导体无法在此温区实现应用，必须使用昂贵的液氦，这使得应用成本加大。通过多年的研究发现，MgB₂可以采用不同的方式制备出线材、带材，如原位法（in-situ）PIT和先位法（ex-situ）PIT技术，两种技术都能制备出千米级长线。2007年ASG、Columbus、Paramed三家公司联合研制的制冷机温区使用的开放式MgB₂-MRI超导磁体，就是使用了超过1000米的MgB₂超导线带材，预示MgB₂有着很好的应用前景。 

与Bi系超导体的PIT法成材相比，MgB₂成材具有其特殊性，上述两种制备技术中，ex-situ PIT法技术在制备过程中，由于MgB₂的硬度较大，没有类似Bi系的滑移层等，使得机械加工过程中形成的微裂纹在后续的磁体制备过程中不但无法弥合，还会更加严重。因此，ex-situ PIT法无法制备出实用化的MgB₂线带材。in-situ PIT法是目前国际发展的主流方向，制备方法是把Mg粉和B粉研磨均匀后装入复合金属管内，经过旋锻、拉拔和轧制等工艺加工至一定规格尺寸，最后在一定温度下热处理使Mg、B成相，内部超导芯丝由于液相镁的融合，使MgB₂晶粒之间有较好的连接，裂纹等宏观缺陷大大减少，并且容易将掺杂引入到前驱粉中改善磁场中电流退降的特性，最终可获得载流性能高的MgB₂线带材。MgB₂最有希望应用的领域是MRI用磁体，磁体制备对线材的机械性能要求较高，由于MgB₂ 具有类陶瓷的脆性，虽然in-situ法是先加工后成相，但仍然需要有足够高的强度来保护其晶粒间有好的连接性。其机械性能主要来自四种材料：一、基体材料（Cu）；二、阻隔层金属（Nb）；三、增强芯的引入；四、不同芯数结构，改变上述材料以及超导芯丝的体积比例，最终的线材宏观机械性能将遵循混合物定律。在以往的研究中发现，多芯结构（7、19、37芯等）的线带材由于中心增强芯CuNb的塑性与铜稳定层的塑性有较大的差别，在拉拔加工过程中不能很好的同步延伸，造成线材中心部位的应力过大，最终使超导芯近中心增强芯处和近外包套基体材料Cu处的变形厚度不同，在拉拔到小尺寸（＜2.0mm）时容易断芯。因此，采取有效措施提高线带材的机械强度是十分必要的。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强MgB₂线材的制备方法。该方法采用CuAg合金棒作为增强芯，CuAg合金棒中的Ag芯丝具有纳米尺度，含有上亿芯的Ag连续纳米纤维，保证了CuAg合金棒不仅具有接近CuNb的强度而且塑性超过CuNb，与稳定体铜的塑性接近，因此所制备的多芯超导线材变形均匀，内部各部位结合紧密，而且因其具有较好的塑性，会使粉末的流动在拉拔过程中通畅无阻，特别适合MgB₂千米级长线加工，能够满足超导磁体特别是超导核磁共振仪（MRI）等方面的实际应用。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强MgB₂线材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 

步骤一、将无定形硼粉、镁粉和掺杂粉末按照1∶（2-x）∶x的原子比配料，在氩气气氛保护下研磨混合均匀后得到前驱粉末，将所述前驱粉末装入Nb/Cu复合管中，以10%～15%的道次加工率拉拔，得到横截面为圆形的一次复合线材，或横截面为正六边形的一次复合线材；所述掺杂粉末为无定形碳或碳化物；所述x为0.05～0.15； 

步骤二、将1根第一CuAg合金棒与6根步骤一中所述一次复合线材置于无氧铜管中进行组装，得到二次复合管；或者将1根第一CuAg合金棒、6根步骤一中所述一次复合线材和6根第二CuAg合金棒置于无氧铜管中进行组装，得到二次复合管；所述第一CuAg合金棒位于无氧铜管中心，一次复合线材围绕CuAg合金棒装入无氧铜管中；所述第二CuAg合金棒位于相邻两根一次复合线材与无氧铜管之间的空隙中；