連續(xù)管線成型及填料工藝制備MgB-,2-超導(dǎo)線材的研究.pdf

1、具有39 K臨界轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料MgB<,2>是一種廉價(jià)的簡(jiǎn)單二元化合物，它的使用溫度可以利用制冷技術(shù)達(dá)到，避免了使用昂貴的液氦，大大降低了成本，同時(shí)，它不存在弱連接，易于制備出大傳輸電流密度的線帶材。這些優(yōu)點(diǎn)使得MgB2超導(dǎo)線材極有可能取代目前使用的Nb<,3>Sn低溫超導(dǎo)材料來(lái)制備核磁共振成像(MRI)等設(shè)備的核心磁體，這將是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。近年來(lái)粉末套管(PIT)方法在制備多層MgB<,2>復(fù)合線材時(shí)會(huì)由于各種套管材料不同的機(jī)械

2、性能而增加難度。為了能滿足工業(yè)化大生產(chǎn)的需要，同時(shí)使線材制備簡(jiǎn)易可行，需要探尋一種新的線材制備方法。 本文以Mg粉、B粉和納米SiC粉為前驅(qū)混合粉末，通過(guò)探索成型工藝，在國(guó)內(nèi)首次采用加工領(lǐng)域生產(chǎn)藥芯焊絲的連續(xù)管線成型及填料(CTFF)技術(shù)成功制備出了單芯單層、單芯三層以及多芯多層的摻雜SiC的MgB<,2>超導(dǎo)線材。探索了采用這種方法制備高性能MgB<,2>超導(dǎo)線材的成型加工工藝路線；其次對(duì)制備好的線材利用傳統(tǒng)真空無(wú)壓燒結(jié)進(jìn)行燒

3、結(jié)退火，通過(guò)XRD分析優(yōu)化了制備過(guò)程中的熱處理工藝參數(shù)，即燒結(jié)溫度800℃，保溫時(shí)間15 min，SiC摻雜量不超過(guò)10 at.％；重點(diǎn)采用顯微分析手段(SEM，TEM)以及低溫傳輸電流測(cè)量對(duì)燒結(jié)后的線材進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電性分析，并研究了這些工藝參數(shù)對(duì)線材超導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性的影響。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)摻雜納米SiC改善了MgB<,2>超導(dǎo)線材高場(chǎng)下的磁場(chǎng)性能。其中8 at.％SiC摻雜樣品的J<,c>值在4.2 K，14T下達(dá)到2 5

4、65 A/cm<'2>，是未摻雜樣品的10倍；在4.2 K，11 T時(shí)，J<,c>值超過(guò)10<'4> A/cm<'2>，其n值為28，此結(jié)果已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。研究還表明減小單根超導(dǎo)芯的截面尺寸可以改進(jìn)超導(dǎo)線材的熱穩(wěn)定性，我們結(jié)合CTFF和PIT兩種方法制備出了7芯、19芯和49芯的復(fù)合MgB<,2>超導(dǎo)線材，其中7芯復(fù)合線材中單根超導(dǎo)芯橫截面積較單芯線材減小了97％，在4.2 K，7.5 T下J<,c>可達(dá)10<'4> A/cm<'2

5、>級(jí)別，低場(chǎng)下仍能保持電流穩(wěn)定通過(guò)，在4.2 K，0.5 T時(shí)J<,c>最高值達(dá)到了6.35×10<'4> A/cm<'2>，n值為380，表明多層多芯線具有較好的熱穩(wěn)定性，高的n值使得MgB<,2>超導(dǎo)磁體在4.2 K，10 T到25 K，5 T下穩(wěn)定使用成為了可能。通過(guò)SEM和TEM對(duì)超導(dǎo)線材的微觀結(jié)構(gòu)分析表明，隨燒結(jié)溫度升高，保溫時(shí)間延長(zhǎng)超導(dǎo)芯越致密，摻雜SiC的樣品晶粒周?chē)屑{米級(jí)顆粒包覆。EDS分析得出，較長(zhǎng)的保溫時(shí)間會(huì)使晶

6、粒中的C趨于向晶粒表面擴(kuò)散。TEM觀察發(fā)現(xiàn)高的燒結(jié)溫度和納米粒子摻雜會(huì)使晶格發(fā)生畸變，晶粒上出現(xiàn)許多位錯(cuò)是摻雜樣品中T<,c>值降低的原因之一。同時(shí)摻入SiC后與Mg反應(yīng)會(huì)在MgB<,2>晶粒表面形成包覆均勻的納米尺寸的Mg<,2>Si顆粒，這些納米級(jí)顆?？梢猿蔀榇磐ㄡ斣行模黾泳Я５倪B通性和提高芯部的密度。同時(shí)Si的彌散分布間接說(shuō)明SiC釋放出的C也以彌散的形式置換B位，在MgB<,2>的晶格內(nèi)形成缺陷，起到增加釘扎中心的作用，這也