一种二硼化镁超导材料及其制备方法
阅读：1029发布：2020-06-03
专利汇可以提供一种二硼化镁超导材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种二 硼 化镁(MgB2)超导材料及其制备方法，涉及一种具有高临界 电流 密度 的新型二硼化镁超导材料及其制备方法。其特征在于：在二硼化镁超导材料中掺杂有选自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种 金属化 合物X，其组成的摩尔比Mg∶X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。本 发明 的制备方法是将Mg粉、X粉和B材料按摩尔比混合均匀，在常压氩气气氛中进行 烧结 。本发明的二硼化镁超导材料在4.2K以上的 温度 ，具有高临界电流密度，而且 磁场 下的性能也非常优良。，下面是一种二硼化镁超导材料及其制备方法专利的具体信息内容。
技术领域
一种二硼化镁超导材料及其制备方法，特别涉及具有高临界电流密度的 二硼化镁超导材料及其制备方法。
背景技术
2001年1月，日本Akimitsu等人发现的临界转变温度为39K的二硼化 镁超导体(Nature 410(2001)63)，引起了全世界的广泛关注，掀起了研究 简单化合物超导电性的热潮。二硼化镁的结构十分简单，是由Mg和B层交 替堆叠而成，在B层内，B-B以强共价键结合；在c轴方向，Mg-B以离 子键结合，是典型的A1B2六方对称结构，有系数约为2的各向异性。二硼 化镁的最大优势在于可以在更高的温度(20-30K)下应用，而低温超导体 如Nb3Sn、NbTi等在这一温区无法工作。与高温氧化物超导体相比，二硼 化镁在制备和成材方面具有不可比拟的优势，即二硼化镁超导线的性能价格 比将高于氧化物高温超导体。总之，由于二硼化镁成材容易，成本低廉，因 此它很有可能成为最具潜力的新型超导材料，使得制冷机的广泛应用成为可 能。然而，目前与低温超导体相比，二硼化镁的临界电流密度还很低。通常 制备二硼化镁的方法是通过氩气氛下固态烧结B和Mg的混合物，经过扩散 反应形成二硼化镁，这种方法制备的二硼化镁的块材和带材通常比较疏松， 造成晶粒间的连接性能比较差，从而导致其临界电流密度较差。在固态烧结 法制备二硼化镁的过程中，通过施加压力可以提高二硼化镁的致密度，但是， 这种方法易降低二硼化镁的转变温度，难以制备实用化的块材和带材，大大 影响了二硼化镁超导体的实用化进程。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种二硼化镁超导材料及 其制备方法，以提高二硼化镁超导体的临界电流密度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的二硼化镁超导材料，其特征在于在二硼化镁超导材料中掺杂有 选自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种金属化合物X，其组成的摩尔比Mg∶X∶ B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本发明的二硼化镁超导材料的制备方法，其特征在于将Mg粉、选自 WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种金属化合物X粉和B粉按照摩尔比(0.8-0.95)∶ (0.05-0.2)∶2配制并混合均匀，在常压氩气气氛中进行烧结，在600℃-950 ℃，保温1-4小时，制备含金属化合物X的二硼化镁超导材料。
本发明的二硼化镁与已有的二硼化镁相比较，通过金属化合物X的掺杂， 提高了二硼化镁材料的致密度，改善了晶粒的连接性。另一方面，掺杂可以 进入到晶体的晶格，造成晶格畸变，形成晶体缺陷；而且，可以以细小的第 二相弥散在整个超导体当中或者可以起到细化晶粒的效果，增加晶界的有 效面积，加强了晶界钉扎的作用，最终使得总的磁通钉扎力得以提高，从而 提高临界电流密度。本发明的二硼化镁制备方法实用简单，制备的二硼化镁 超导体既可以作为块材直接应用，也可以作为线材、带材的前驱粉或是作为 商业的二硼化镁粉末的原材料。用一般的四引线法测试表明，用本发明 的方法所制备的含这种金属化合物的二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电 流密度可以达到104A/cm2；4.2K，10T下其临界电流密度可以达到 3000A/cm2。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种二硼化镁超导材料及 其制备方法，以提高二硼化镁超导体的临界电流密度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的二硼化镁超导材料，其特征在于在二硼化镁超导材料中掺杂有 选自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种金属化合物X，其组成的摩尔比Mg∶X∶ B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本发明的二硼化镁超导材料的制备方法，其特征在于将Mg粉、选自 WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种金属化合物X粉和B粉按照摩尔比(0.8-0.95)∶ (0.05-0.2)∶2配制并混合均匀，在常压氩气气氛中进行烧结，在600℃-950 ℃，保温1-4小时，制备含金属化合物X的二硼化镁超导材料。
本发明的二硼化镁与已有的二硼化镁相比较，通过金属化合物X的掺杂， 提高了二硼化镁材料的致密度，改善了晶粒的连接性。另一方面，掺杂可以 进入到晶体的晶格，造成晶格畸变，形成晶体缺陷；而且，可以以细小的第 二相弥散在整个超导体当中或者可以起到细化晶粒的效果，增加晶界的有 效面积，加强了晶界钉扎的作用，最终使得总的磁通钉扎力得以提高，从而 提高临界电流密度。本发明的二硼化镁制备方法实用简单，制备的二硼化镁 超导体既可以作为块材直接应用，也可以作为线材、带材的前驱粉或是作为 商业的二硼化镁粉末的原材料。用一般的四引线法测试表明，用本发明 的方法所制备的含这种金属化合物的二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电 流密度可以达到104A/cm2；4.2K，10T下其临界电流密度可以达到 3000A/cm2。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明。
本发明的二硼化镁超导材料，其特征在于在二硼化镁超导材料中掺杂有 选自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种金属化合物X，其组成的摩尔比Mg∶ X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本发明的二硼化镁超导材料的制备方法，其特征在于将Mg粉、X粉和 B粉按照摩尔比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均匀，在常压氩气气 氛中进行烧结，在600℃-950℃，保温1-4小时，制备含金属化合物X的 二硼化镁超导材料。
本发明的二硼化镁超导材料的制备方法，其特征在于将市售化学纯Mg 粉、X(选自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种)粉和B粉按照摩尔比(0.8-0.9)∶ (0.05-0.2)∶2配制并混合均匀，经压片后在常压氩气气氛中进行烧结，在 600℃-950℃，保温1-4小时，直接得到具有高临界电流密度二硼化镁超导 块材；或者将Mg粉、X粉和B粉混合料装入铁管中，经旋锻、拉拔、轧制至 0.5mm×4.0mm的带材，然后在常压氩气气氛中进行烧结，在600℃-950℃， 保温1-4小时，得到具有高临界电流密度二硼化镁超导带材。
实施例1
制备掺杂金属化合物ZrSi2的二硼化镁带材。将Mg粉、ZrSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.95∶0.05∶2配制并混合均匀，装入铁管中，经旋锻、拉拔、 轧制至0.5mm×4.0mm的带材，在常压氩气气氛中进行烧结热处理，600℃ 保温1小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从而得到掺杂金属化合物 ZrSi2的二硼化镁超导带材。
这种二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电流密度可以达到104A/cm2； 10T下，临界电流密度可以达到3000A/cm2。
实施例2
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁带材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉按照 摩尔比：0.95∶0.05∶2配制并混合均匀，装入铁管中，经旋锻、拉拔、轧 制至0.5mm×4.0mm的带材，在常压氩气气氛中进行烧结热处理，600℃保 温1小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从而得到掺杂金属化合物ZrB2 的二硼化镁超导带材。
这种二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电流密度可以达到5200A/cm2； 10T下，临界电流密度可以达到1700A/cm2。
实施例3
制备掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁带材。将Mg粉、WSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.95∶0.05∶2配制并混合均匀，装入铁管中，经旋锻、拉拔、 轧制至0.5mm×4.0mm的带材，在常压氩气气氛中进行烧结热处理，600℃ 保温1小时，制备含掺杂金属化合物WSi2硼化物的二硼化镁带材。随热处理 炉冷却至室温，取出样品，从而得到掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁超导带 材。
这种二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电流密度可以达到5000A/cm2； 10T下，临界电流密度可以达到1900A/cm2。
实施例4
制备掺杂金属化合物ZrSi2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.9∶0.1∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中进 行烧结热处理，950℃保温4小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从 而得到掺杂金属化合物ZrSi2的二硼化镁超导块材。
实施例5
制备掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁块材。将Mg粉、WSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.8∶0.2∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中进 行烧结热处理，850℃保温2小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从 而得到掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁超导块材。
实施例6
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉按照 摩尔比：0.8∶0.2∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中进行 烧结热处理，950℃保温4小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从而 得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
实施例7
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉 按照摩尔比：0.8∶0.2∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中 进行烧结热处理，780℃保温4小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品， 从而得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
实施例8
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉 按照摩尔比：0.85∶0.15∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛 中进行烧结热处理，950℃保温2小时，随热处理炉冷却至室温，取出样 品，从而得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
实施例9
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉 按照摩尔比：0.9∶0.1∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中 进行烧结热处理，600℃保温2.5小时，随热处理炉冷却至室温，取出样 品，从而得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
本发明的二硼化镁超导材料，其特征在于在二硼化镁超导材料中掺杂有 选自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种金属化合物X，其组成的摩尔比Mg∶ X∶B＝(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2。
本发明的二硼化镁超导材料的制备方法，其特征在于将Mg粉、X粉和 B粉按照摩尔比(0.8-0.95)∶(0.05-0.2)∶2配制并混合均匀，在常压氩气气 氛中进行烧结，在600℃-950℃，保温1-4小时，制备含金属化合物X的 二硼化镁超导材料。
本发明的二硼化镁超导材料的制备方法，其特征在于将市售化学纯Mg 粉、X(选自WSi2、ZrB2、或ZrSi2中的一种)粉和B粉按照摩尔比(0.8-0.9)∶ (0.05-0.2)∶2配制并混合均匀，经压片后在常压氩气气氛中进行烧结，在 600℃-950℃，保温1-4小时，直接得到具有高临界电流密度二硼化镁超导 块材；或者将Mg粉、X粉和B粉混合料装入铁管中，经旋锻、拉拔、轧制至 0.5mm×4.0mm的带材，然后在常压氩气气氛中进行烧结，在600℃-950℃， 保温1-4小时，得到具有高临界电流密度二硼化镁超导带材。
实施例1
制备掺杂金属化合物ZrSi2的二硼化镁带材。将Mg粉、ZrSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.95∶0.05∶2配制并混合均匀，装入铁管中，经旋锻、拉拔、 轧制至0.5mm×4.0mm的带材，在常压氩气气氛中进行烧结热处理，600℃ 保温1小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从而得到掺杂金属化合物 ZrSi2的二硼化镁超导带材。
这种二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电流密度可以达到104A/cm2； 10T下，临界电流密度可以达到3000A/cm2。
实施例2
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁带材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉按照 摩尔比：0.95∶0.05∶2配制并混合均匀，装入铁管中，经旋锻、拉拔、轧 制至0.5mm×4.0mm的带材，在常压氩气气氛中进行烧结热处理，600℃保 温1小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从而得到掺杂金属化合物ZrB2 的二硼化镁超导带材。
这种二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电流密度可以达到5200A/cm2； 10T下，临界电流密度可以达到1700A/cm2。
实施例3
制备掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁带材。将Mg粉、WSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.95∶0.05∶2配制并混合均匀，装入铁管中，经旋锻、拉拔、 轧制至0.5mm×4.0mm的带材，在常压氩气气氛中进行烧结热处理，600℃ 保温1小时，制备含掺杂金属化合物WSi2硼化物的二硼化镁带材。随热处理 炉冷却至室温，取出样品，从而得到掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁超导带 材。
这种二硼化镁带材在4.2K，8T下其临界电流密度可以达到5000A/cm2； 10T下，临界电流密度可以达到1900A/cm2。
实施例4
制备掺杂金属化合物ZrSi2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.9∶0.1∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中进 行烧结热处理，950℃保温4小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从 而得到掺杂金属化合物ZrSi2的二硼化镁超导块材。
实施例5
制备掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁块材。将Mg粉、WSi2粉和B粉按 照摩尔比：0.8∶0.2∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中进 行烧结热处理，850℃保温2小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从 而得到掺杂金属化合物WSi2的二硼化镁超导块材。
实施例6
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉按照 摩尔比：0.8∶0.2∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中进行 烧结热处理，950℃保温4小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品，从而 得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
实施例7
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉 按照摩尔比：0.8∶0.2∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中 进行烧结热处理，780℃保温4小时，随热处理炉冷却至室温，取出样品， 从而得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
实施例8
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉 按照摩尔比：0.85∶0.15∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛 中进行烧结热处理，950℃保温2小时，随热处理炉冷却至室温，取出样 品，从而得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
实施例9
制备掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁块材。将Mg粉、ZrB2粉和B粉 按照摩尔比：0.9∶0.1∶2配制并混合均匀，经压片后，在常压氩气气氛中 进行烧结热处理，600℃保温2.5小时，随热处理炉冷却至室温，取出样 品，从而得到掺杂金属化合物ZrB2的二硼化镁超导块材。
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