[发明专利]一种大尺度MgB2单芯超导线材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺度MgB₂超导线材的制备方法。

背景技术

二硼化镁(MgB₂)超导材料发现于2001年，作为一种超导体，其导电机制可以用BCS理论解释，它的相干长度为5nm。与高温超导材料(HTS)相比，MgB₂没有弱连接影响，即大部分的晶界都可以使电流通过，可以采用已经成熟的技术(如粉末套管法PIT技术)制备出具有高电流密度的MgB₂超导线材；相对于低温超导材料(LTS)，39K的临界转变温度可采用制冷技术达到，而不必使用昂贵的液氦，使MgB₂在实际应用中具有更大的可靠性和可行性。MgB₂超导材料在超导电力、电子器件、国防、医学图像等领域有广阔的应用前景。自发现MgB₂是一种具有39K临界转变温度的超导材料以来，世界范围掀起了对其性能和应用研究的巨大热潮，国内外已有许多专利和论文研究MgB₂超导线材的制备方法。然而，MgB₂超导线材要满足实际应用，线材必须达到一定长度，且具有良好的综合性能。

目前MgB₂超导线材的制备方法主要有粉末套管法(PIT)、连续管线成型法(CTFF)和扩散法等。粉末套管法工艺简单、操作方便，广泛应用于科研工作中，但是采用传统工艺不易制备大尺度线材；连续管线成型法(CTFF)虽然可以制备出大尺度的线材，但是设备复杂、操控不便、且制备出的线材粉芯形状不规则，磁场分布不均匀，影响线材的超导电性；扩散法可以制备出性能优异的短线材，但是制备出的线材脆性大、不易弯曲，不能制备出大尺度线材，无法实现规模化制备。房全生等在《一种超导线材》(CN203118674U)中采用粉末套管法，以金属Nb作为阻隔层、无氧铜作为稳定层，制备出能够承受一定强度的MgB₂超导线材，但是其制备出的超导线材直径为12mm～18mm，过大的直径使该线材不易弯曲绕制，从而限制了该线材的实际应用，同时由于金属Nb价格相对较高，增加了制备成本。禹争光等在《铁/铜复合包套二硼化镁超导长线的制备方法》(CN1945759A)中采用粉末套管法，制备出热稳定性好、性能均匀的Fe/Cu复合包套MgB₂超导长线，但是其先驱粉末的制备采用有机溶剂球磨的方式，球磨后的粉末需要在真空条件下干燥，制备工艺较复杂，并且制备出的线材长度只有20m～80m，无法满足实际应用的长度和线径尺寸要求。Yamada等报道了一种采用粉末套管法制备MgB₂超导线材的方法(Y.Yamada,M.Kanazawa,T.Ohno et al.PIT Processed MgB₂Thin Wires Sheathed With Stainless Steel[J].IEEE Transactions on Applied Superconductivity,2012,22(3))，该方法制备出的线材直径达到0.1mm～0.2mm，但是该线材的MgB₂粉芯所占的面积比例较小，只占到24％～26％，从而影响线材实际导电的能力；同时其采用的先驱粉末为MgH₂和B粉，需要在充满氩气的环境下630℃保温5h才能合成MgB₂超导相，对设备要求较高，制备周期较长。因此，开发一种可满足工业化生产的MgB₂超导线材制备技术，解决大尺度线材制备过程的断丝问题，获得可满足实际应用的长度和线径尺寸要求、且具有良好综合性能的MgB₂超导线材，仍是科技界和工业界急需解决的问题。

发明内容

本发明目的在于针对上述技术中的不足，提出一种大尺度MgB₂单芯超导线材的制备方法，该工艺方法简单，操作方便，可制备出高临界电流密度的MgB₂单芯超导长线材，且该线材具有良好的电学性能和机械性能。

本发明采用如下技术方案：一种大尺度MgB₂单芯超导线材的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将低碳钢管用稀酸清洗干净，并用亚硝酸钠水溶液进行钝化处理。

步骤二、在充满氩气的手套箱中将摩尔比为1.1:2的Mg粉和B粉装入球磨罐，按物料/球质量比为1:3～5的比例把研磨球也装入球磨罐，将装有原料粉末和研磨球的球磨罐球磨3h～5h，且每球磨1h停10min～15min。