連續(xù)管線成型及填料工藝制備MgB-,2-超導線材的研究.pdf

1、具有39 K臨界轉變溫度的超導材料MgB<,2>是一種廉價的簡單二元化合物，它的使用溫度可以利用制冷技術達到，避免了使用昂貴的液氦，大大降低了成本，同時，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)點使得MgB2超導線材極有可能取代目前使用的Nb<,3>Sn低溫超導材料來制備核磁共振成像(MRI)等設備的核心磁體，這將是一個巨大的市場。近年來粉末套管(PIT)方法在制備多層MgB<,2>復合線材時會由于各種套管材料不同的機械

2、性能而增加難度。為了能滿足工業(yè)化大生產(chǎn)的需要，同時使線材制備簡易可行，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粉為前驅混合粉末，通過探索成型工藝，在國內首次采用加工領域生產(chǎn)藥芯焊絲的連續(xù)管線成型及填料(CTFF)技術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>超導線材。探索了采用這種方法制備高性能MgB<,2>超導線材的成型加工工藝路線；其次對制備好的線材利用傳統(tǒng)真空無壓燒結進行燒

3、結退火，通過XRD分析優(yōu)化了制備過程中的熱處理工藝參數(shù)，即燒結溫度800℃，保溫時間15 min，SiC摻雜量不超過10 at.％；重點采用顯微分析手段(SEM，TEM)以及低溫傳輸電流測量對燒結后的線材進行了微觀結構和超導電性分析，并研究了這些工藝參數(shù)對線材超導電性和熱穩(wěn)定性的影響。 實驗發(fā)現(xiàn)摻雜納米SiC改善了MgB<,2>超導線材高場下的磁場性能。其中8 at.％SiC摻雜樣品的J<,c>值在4.2 K，14T下達到2 5

4、65 A/cm<'2>，是未摻雜樣品的10倍；在4.2 K，11 T時，J<,c>值超過10<'4> A/cm<'2>，其n值為28，此結果已達到國際先進水平。研究還表明減小單根超導芯的截面尺寸可以改進超導線材的熱穩(wěn)定性，我們結合CTFF和PIT兩種方法制備出了7芯、19芯和49芯的復合MgB<,2>超導線材，其中7芯復合線材中單根超導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10<'4> A/cm<'2

5、>級別，低場下仍能保持電流穩(wěn)定通過，在4.2 K，0.5 T時J<,c>最高值達到了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SEM和TEM對超導線材的微觀結構分析表明，隨燒結溫度升高，保溫時間延長超導芯越致密，摻雜SiC的樣品晶粒周圍均有納米級顆粒包覆。EDS分析得出，較長的保溫時間會使晶

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