專利名稱：一種二硼化鎂超導(dǎo)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種二硼化鎂超導(dǎo)材料及其制備方法，特別涉及具有高臨界電流密度的二硼化鎂超導(dǎo)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
2001年1月，日本Akimitsu等人發(fā)現(xiàn)的臨界轉(zhuǎn)變溫度為39K的二硼化鎂超導(dǎo)體(Nature 410(2001)63)，引起了全世界的廣泛關(guān)注，掀起了研究簡(jiǎn)單化合物超導(dǎo)電性的熱潮。二硼化鎂的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，是由Mg和B層交替堆疊而成，在B層內(nèi)，B-B以強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合；在c軸方向，Mg-B以離子鍵結(jié)合，是典型的A1B2六方對(duì)稱結(jié)構(gòu)，有系數(shù)約為2的各向異性。二硼化鎂的最大優(yōu)勢(shì)在于可以在更高的溫度(20-30K)下應(yīng)用，而低溫超導(dǎo)體如Nb3Sn、NbTi等在這一溫區(qū)無(wú)法工作。與高溫氧化物超導(dǎo)體相比，二硼化鎂在制備和成材方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，即二硼化鎂超導(dǎo)線的性能價(jià)格比將高于氧化物高溫超導(dǎo)體?？傊捎诙鸹V成材容易，成本低廉，因此它很有可能成為最具潛力的新型超導(dǎo)材料，使得制冷機(jī)的廣泛應(yīng)用成為可能。然而，目前與低溫超導(dǎo)體相比，二硼化鎂的臨界電流密度還很低。通常制備二硼化鎂的方法是通過(guò)氬氣氛下固態(tài)燒結(jié)B和Mg的混合物，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散反應(yīng)形成二硼化鎂，這種方法制備的二硼化鎂的塊材和帶材通常比較疏松，造成晶粒間的連接性能比較差，從而導(dǎo)致其臨界電流密度較差。在固態(tài)燒結(jié)法制備二硼化鎂的過(guò)程中，通過(guò)施加壓力可以提高二硼化鎂的致密度，但是，這種方法易降低二硼化鎂的轉(zhuǎn)變溫度，難以制備實(shí)用化的塊材和帶材，大大影響了二硼化鎂超導(dǎo)體的實(shí)用化進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種二硼化鎂超導(dǎo)材料及其制備方法，以提高二硼化鎂超導(dǎo)體的臨界電流密度。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的二硼化鎂超導(dǎo)材料，其特征在于在二硼化鎂超導(dǎo)材料中摻雜有選自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種金屬化合物X，其組成的摩爾比Mg∶X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本發(fā)明的二硼化鎂超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、X粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時(shí)，制備含金屬化合物X的二硼化鎂超導(dǎo)材料。
本發(fā)明的二硼化鎂與已有的二硼化鎂相比較，通過(guò)金屬化合物X的摻雜，提高了二硼化鎂材料的致密度，改善了晶粒的連接性。另一方面，摻雜可以進(jìn)入到晶體的晶格，造成晶格畸變，形成晶體缺陷；而且，可以以細(xì)小的第二相彌散在整個(gè)超導(dǎo)體當(dāng)中或者可以起到細(xì)化晶粒的效果，增加晶界的有效面積，加強(qiáng)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(fā)明的二硼化鎂制備方法實(shí)用簡(jiǎn)單，制備的二硼化鎂超導(dǎo)體既可以作為塊材直接應(yīng)用，也可以作為線材、帶材的前驅(qū)粉或是作為商業(yè)的二硼化鎂粉末的原材料。用一般的四引線法測(cè)試表明，用本發(fā)明的方法所制備的含這種金屬化合物的二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達(dá)到104A/cm2；4.2K，10T下其臨界電流密度可以達(dá)到3000A/cm2。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明的二硼化鎂超導(dǎo)材料，其特征在于在二硼化鎂超導(dǎo)材料中摻雜有選自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種金屬化合物X，其組成的摩爾比Mg∶X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本發(fā)明的二硼化鎂超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于將Mg粉、X粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時(shí)，制備含金屬化合物X的二硼化鎂超導(dǎo)材料。
本發(fā)明的二硼化鎂超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于將市售化學(xué)純Mg粉、X(WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種)粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.9)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時(shí)，直接得到具有高臨界電流密度二硼化鎂超導(dǎo)塊材；或者將Mg粉、X粉和B粉混合料裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，然后在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時(shí)，得到具有高臨界電流密度二硼化鎂超導(dǎo)帶材。
實(shí)施例1制備摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂帶材。將Mg粉、ZrSi2粉和B粉按照摩爾比0.95∶0∶05∶2配制并混合均勻，裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂超導(dǎo)帶材。
這種二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達(dá)到104A/cm2；10T下，臨界電流密度可以達(dá)到3000A/cm2。
實(shí)施例2制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂帶材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.95∶0.05∶2配制并混合均勻，裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導(dǎo)帶材。
這種二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達(dá)到5200A/cm2；10T下，臨界電流密度可以達(dá)到1700A/cm2。
實(shí)施例3制備摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂帶材。將Mg粉、WSi2粉和B粉按照摩爾比0.95∶0.05∶2配制并混合均勻，裝入鐵管中，經(jīng)旋鍛、拉拔、軋制至0.5mm×4.0mm的帶材，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，600℃保溫1小時(shí)，制備含摻雜金屬化合物WSi2硼化物的二硼化鎂帶材。隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂超導(dǎo)帶材。
這種二硼化鎂帶材在4.2K，8T下其臨界電流密度可以達(dá)到5000A/cm2；10T下，臨界電流密度可以達(dá)到1900A/cm2。
實(shí)施例4制備摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrSi2粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，950℃保溫4小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrSi2的二硼化鎂超導(dǎo)塊材。
實(shí)施例5制備摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、WSi2粉和B粉按照摩爾比0.8∶0.2∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，850℃保溫2小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物WSi2的二硼化鎂超導(dǎo)塊材。
實(shí)施例6制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.8∶0.2∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，950℃保溫4小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導(dǎo)塊材。
實(shí)施例7制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.8∶0.2∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，780℃保溫4小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導(dǎo)塊材。
實(shí)施例8制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.85∶0.15∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，950℃保溫2小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導(dǎo)塊材。
實(shí)施例9制備摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂塊材。將Mg粉、ZrB2粉和B粉按照摩爾比0.9∶0.1∶2配制并混合均勻，經(jīng)壓片后，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)熱處理，600℃保溫2.5小時(shí)，隨熱處理爐冷卻至室溫，取出樣品，從而得到摻雜金屬化合物ZrB2的二硼化鎂超導(dǎo)塊材。
權(quán)利要求
1.一種二硼化鎂超導(dǎo)材料，其特征在于在二硼化鎂超導(dǎo)材料中摻雜有選自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種金屬化合物X，其組成的摩爾比Mg∶X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
2.一種制備二硼化鎂超導(dǎo)材料的方法，其特征在于，將Mg粉、X(WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一種)粉和B粉按照摩爾比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均勻，在常壓氬氣氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，在600℃-950℃，保溫1-4小時(shí)。
全文摘要
一種二硼化鎂(MgB
文檔編號(hào)C01B35/04GK1712353SQ200410048208
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者馬衍偉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所