混合粉末对先位法MgB_2超导带材性能的影响

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1、第37卷增刊4稀有金属材料与工程Vol.37,Suppl.42008年10月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGOctober2008混合粉末对先位法MgB2超导带材性能的影响111111王王樑，高召顺，张现平，王雷，马衍伟，马北海(1.中国科学院电工研究所，北京100190)(2.美国阿贡国家实验室，美国)摘要：将掺杂纳米C或SiC的预烧结粉与镁粉和硼粉进行混合作为先位（ex-situ）粉末套管法（Powder-In-Tube）的填充粉末，制备出MgB2/Fe超导带材

2、。结果表明，掺杂纳米C或SiC样品的临界转变温度均比未掺杂样品的低1.5K左右。纳米C或SiC样品的临界电流密度（Jc）均得到了极大的提高。且在4.2K，8T下，掺杂纳米C样品的Jc最高，42约为10A/cm，比未掺杂样品以及采用商业MgB2制备样品的Jc高约1个数量级。在预烧结过程中纳米C或SiC中的C对B位的有效替代所产生的晶格畸变以及晶粒连接性的提高可能是掺杂样品的Jc提高的主要原因。关键词：二硼化镁超导带材；混合粉末；预烧结；先位法；临界电流密度中图法分类号：TG146.2文献标识码：A文

3、章编号：1002-185X(2008)S4-150-04先将掺杂有纳米C或SiC粉的镁粉和硼粉预烧结1引言成MgB2块材，再将其研磨成的粉与镁粉和硼粉进行[1]2001年二硼化镁(MgB2)的发现引起了各国科学混合作为制备先位MgB2/Fe超导带材的先驱粉，并从家大量深入的研究，由于其具有临界转变温度（39K）微观结构、形貌和电磁性能等多个方面研究了混合粉较高、超导相干长度较长、价格低廉等优点，在超导末对MgB2/Fe超导带材临界电流密度的影响。电力、电子器件以及医疗仪器（特别是核磁成像磁体）[2

4、]2实验方法等方面具有广泛的应用前景。粉末套管(Powder-In-Tube)技术是目前制备高质量MgB2线带材实验原料采用镁粉（44µm，99.8%），无定形硼最为广泛使用的方法，且很容易实现工业化生产，其粉（1~2μm，99.9%），纳米碳粉（20~30nm，98%）制备工艺有先位法（ex-situ）和原位法（in-situ）2种。以及纳米碳化硅粉（10~30nm，98%）。按照原子比其中先位法制备工艺简单、成本较低，且可适用多种Mg:B:X（X为C或SiC）＝1:2:Y（Y为0或0.05）配

5、[3~7]金属包套材料如Fe、Cu、Ni等；但是目前采用先比，将称量好的粉末混合均匀并压成片，用钽箔包裹[8~11]位法制备的线带材性能仍然较低。研究发现，先后置于真空管式炉中，在流动氩气保护下加热到700驱粉末质量、球磨时间、冷加工工艺、热处理温度以℃并保温1h后随炉冷却至室温。将得到的块材研磨及化学物质掺杂等都对先位法线带材的超导性能有重成粒径细小的MgB2颗粒，并与名义配比的镁粉和硼[7,10~14]要的影响。其中由于直接对商业MgB2进行化学粉均匀混合，镁粉和硼粉的总质量与预烧结粉的相同。

6、掺杂的效果不是很明显，日本将原位法制备的掺杂有作为对比，本实验还另外采用了商业MgB2粉末作为SiC的超导带材剥出的MgB2超导芯研磨成的粉作为初始填充粉末。将粉末装入外径为8mm的铁管中，先位法的先驱粉末，极大的提高了先位法线带材的Jc并将铁管两端密封，经旋锻、拉拔、轧制后，得到厚[15]；然而，这种方法使制备工艺变得复杂化，并增加度为0.5mm的带材，具体加工过程见文献[16]。将所了制备成本。因此需要寻找一种方法，不但能有效引得带材截成长度约40mm的样品，用钽箔包好后置于入化学物质掺杂来提

7、高先位法线带材的超导性能，又真空炉中，在真空中加热到920℃（混合粉末制备的同时能降低制备成本。带材）或流动氩气氛保护下加热到950℃（商业MgB2收稿日期：2008-08-10基金项目：国家“973”项目(2006CB601004);国家“863”计划（2006AA03Z203）及北京市科委攻关计划（Z07000300700703）资助作者简介：王栋樑，男，1981年生，硕士，中国科学院电工研究所应用超导重点实验室，北京100190，电话：010-62654452,E-mail:donglian

8、gwang@mail.iee.ac.cn增刊4王栋樑等：混合粉末对先位法MgB2超导带材性能的影响·151·制备的带材）并保温1h后随炉冷却至室温。MgB2样图1内插图显示掺C或SiC样品的（110）峰有较明品标记详见表1。显的偏移，说明C对B位进行了有效的替代，a轴的晶格常数发生了改变。表1MgB2带材及其前驱粉图2是采用商业MgB2粉末制备的样品以及未掺Table1ThestartingpowdersofthefabricatedMgB2tapes杂、掺C和SiC样品的SEM形