MGB*高密度超导体块状体的制备方法,最终产品及应用技术

描述了一种方法，用于制备密度接近理论值超导体块状体ＭｇＢ２，包括以下阶段：晶体硼与活化粉末的形成机械活化；所述粉末多孔锭料的形成；多孔硼锭料和块状体前体金属镁在容器中组合，并从而在在惰性气体或低氧含量气氛中将它们密封；在硼和镁以上组合时以高于７００℃的温度的热处理时间大于３０分钟，然后通过活化的晶体硼粉末浸透液相镁。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备高密度化超导体块状体MgB2的方法，相关的固体最终产品及它们的应用。近来已发现，镁的硼化物具有最高到39K的超导体性质，因而可用于封闭回路低温系统(低温冷却器)，该系统比基于使用液氦(Nagamatsu et al.，Nature，410，63；2001)的系统成本低。如同所有的硼化物那样，已知长达大约半个世纪的化合物镁的硼化物，其特征在于，当其处于高密度化时极高的硬度。然而镁的硼化物硬化为最终产品，在其化合物粉末紧压作用达到其理论密度(2.63g/cm3)接近100％的值，通常需要使用高压。一般要使用几个Gpa量级的压力。在文献中还知道，从都处于粉末形及块状形的硼和镁的化学计量或非化学计量混合物开始的化合MgB2的另一种合成方法。然而在后者情形下，高压的使用对于获得高密度最终产品仍是不可缺少的。一个例子是由Canfieled et al.描述的，从与液体或蒸汽相Mg反应的硼纤维获得MgB2纤维(Phys.Rev.Lett.86，2423(2001))，具有大约80％理论值的的估计密度。于是只能获得密度最高到接近理论值的镁的硼化物最终产品，因而按已知技术使用高压高温方法，其特征为改进的超导性和机械性质。然而在高温下使用高压限制了获得的最终产品的的尺寸，并必须使用不适于大量生产的设备。因而本专利技术的一个目的是要以克服了已知技术中现存的缺陷的一种方法，获得目的接近理论值的超导体块状体MgB2。本专利技术的一个目的涉及制备密度接近理论值的MgB2超导体块状体的一种方法，该方法包括以下阶段a)以活化粉末的形成机械活化晶体硼；b)晶体硼的活化粉末多孔锭料的形成；c)多孔硼锭料和块状体前体金属镁在容器中组合，并在惰性气体或低氧含量气氛中将它们密封；d)对以上组合时的硼和镁以高于700℃的温度的热处理，时间大于30分钟，然后通过活化的晶体硼粉末浸透液相镁。本专利技术的进一步目涉及，密度接近理论值、借助于本专利技术的方法获得的MgB2超导体块状体或固体最终产品。本专利技术的另一目的还涉及在步骤c)中包括使用混合有一种或多种较低熔点金属的方法，诸如Ga，Sn，In，Zn，或与所述金属Mg基合金。本专利技术还涉及使用改进本专利技术的方法可获得的MgB2块状体，作为超导体用于电流接通，限流系统中的可变电感元件，悬浮系统中，基本粒子加速器和检测器中，能量积累系统中，线性或非线性电动机，发电机中使用的永久磁体。根据本专利技术的方法的基本优点在于这样的事实，即该方法允许以简单和经济的方式产生固体MgB2超导体最终产品，密度达到接近理论值的值，具有对于已知的技术状态方法可获得的产品改进了的特性。从应用的观点而言，这样获得的密度值达到接近理论值的MgB2，允许能够向超导体产品传送的电流增加，并还改进了所述最终产品的力学性质。进一步的优点还在于这样的事实，即MgB2的高密度化靶允许更成功地使用沉积技术，诸如激光切割或射频溅射，以获得沉积在各种薄膜形式的源基片上沉积的超导体材料。具体来说，用于密度接近理论值，即密度高于或等于2.25g/cm3的MgB2超导体块状体产生的方法在于，使硼和镁元素在密封容器中在惰性气体或低氧含量(低于20％原子量(atomic))气氛中在高温下反应，其中至少硼是以定义为活化物适当的粒度的粉末形式并具有至少两种类似于菱形体晶胞的晶相出现。机械活化步骤a)晶体硼薄片，其尺寸为几毫米而纯度高于或等于99.4％，最好以高负荷压缩在“几乎静态”条件下反复碾碎，例如这能够在水压机中实现。这种活化不仅粉末碎片极小化而有微细的颗粒尺寸(例如低于20微米)，这一般是旋转球磨的研磨产品，但还允许获得保持出现在开始的薄片中的晶体类型特征的粉末，这样使粉末更多地可浸透到液体镁中。具体来说，选择活化的晶体硼粉末，使平均体积测定颗粒直径范围从30到70微米，且实际上没有氧污染。步骤b)包括形成活化晶体硼粉末的多孔锭料。活化晶体硼粉末的多孔锭料的形状类似于最终产品形状，且必须有高于晶体硼理论密度(2.35g/cm3)50％的表观密度。活化晶体硼粉末的锭料另外可包含最高达20％原子量的镁。这种情形下，锭料一般由活化晶体硼粉末和实际上没有氧污染且粒度低于硼的镁粉末构成。锭料还能够由活化晶体硼粉末构成，其金属Mg表面覆盖并通过在惰性气氛中的热处理彼此熔焊，使得保持锭料的多孔性，同时提供对于其处理的力学一致性。包含镁的锭料还必须满足以上定义的表观密度要求。后来的步骤c)包括将经受热处理的成分的组合，并在步骤d)转化为最终产品。组合这些成分的容器也是重要的。步骤c)包括在适当的容器中放入两种成分的组合第一种成分是以上述活化的晶体硼粉末产生的锭料，其纯度至少高于或等于99.4％，形状类似于最终产品，且表观密度高于菱形体晶体硼的理论密度(2.35g/cm3)D的50％，最好是范围从51％到56％。第二成分由纯度高于99％的一个或多个纯度高于99％的金属Mg块状体组成，其在步骤d)在熔化后通过活化的晶体硼粉末浸透。液相的镁最好得自金属Mg的块状前体的熔化。实际上也没有氧的污染。Mg与B之间的比率主要依赖于用于进行该反应所选择的技术。在任何情形下，它们都远离MgB2化合物的化学计量值。具体来说，Mg过量，使得原子量比率Mg/B大于0.5，所述比率最好大于或等于0.55。当使用Mg与其它金属的混合物时，原子量比率(金属+Mg)/B应当大于0.55，同时Mg/B大于0.5。低于以上规定限制的原子量比率值Mg/B，或(金属+Mg)/B，引起产生产品局部致密化的反应，这将降低或完全消除关于电流传送的超导性。实现步骤c)的容器由一种材料构成，该材料不得被硼和镁在温度高达1000℃侵蚀，诸如Nb，Ta，MgO，BN等或任何抗高温的材料，内部通过以上材料之一的护套衬里。以防止硼锭料和Mg的块状体由于形成容器的元素所至的污染。所述容器的一个例子在图2中提供。该容器必须保持密封，并在步骤d)全部处理时间期间结构上不变。必须在容器内部呈现一种惰性气体气氛，或替代地低氧(低于20％原子量)含量气氛，其所处压力要保证阶段d)的整个处理期间呈现液相镁。容器的密封和机械的整体性，能够借助于焊接和/或固定在适当的机械中实现，这种机械要能够平衡反应期间所产生的内部压力，并能够防止大气氧的污染。该方法的步骤d)包括在高于700℃，在惰性气体存在下的热处理至少达30分钟，以允许镁一般以液相通过活化晶体硼粉末锭料的后继浸透。步骤d)最好在温度范围800℃到1000℃进行1-3小时。容器内的气氛还可以是低氧含量的气氛(低于20％原子量)。具体来说，可通过浸没在熔化的镁中、保持在惰性气体压力下的活化的硼粉末的多孔锭料的渗透实现浸透。浸透还可以在密封的容器中进行，在足够高的温度和允许液体镁浸湿活化的硼粉末的气压下，通常在无氧或最小氧含量。根据本专利技术的方法以下的详细说明，提供了活化浸透硼粉末的锭料，放入容器内必须的金属Mg的量-为了简化，该容器可由以上所述防止其被高温的镁和硼侵蚀的衬套适当防护的钢制成-其余在惰性气体或低氧含量的气氛中在保证镁在反应温度下以液相呈现的压力收集。在原子量比率Mg/B大于0.5的量呈现金属镁Mg，必须这样安排，使一旦达到超过650℃的高温，允许液体镁通过多孔锭料的浸本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备ＭｇＢ↓［２］超导体块状体的一种方法，其密度接近理论值，该方法包括以下步骤：ａ）以活化粉末的形成机械活化晶体硼；ｂ）晶体硼的活化粉末多孔锭料的形成；ｃ）多孔硼锭料和金属镁块状体前体在容器中组合，并在惰性气体或 低氧含量气氛中将它们密封；ｄ）对按以上组合的硼和镁以高于７００℃的温度热处理，时间大于３０分钟，然后通过活化的晶体硼粉末浸透液相镁。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】IT 2001-5-11 MI2001A0009781.用于制备MgB2超导体块状体的一种方法，其密度接近理论值，该方法包括以下步骤a)以活化粉末的形成机械活化晶体硼；b)晶体硼的活化粉末多孔锭料的形成；c)多孔硼锭料和金属镁块状体前体在容器中组合，并在惰性气体或低氧含量气氛中将它们密封；d)对按以上组合的硼和镁以高于700℃的温度热处理，时间大于30分钟，然后通过活化的晶体硼粉末浸透液相镁。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，晶体硼的机械活化步骤a)在于通过高负荷压缩实现的反复压挤碾压晶体硼薄片。3.根据权利要求1的方法，其特征在于，活化的晶体硼粉末平均体积测定颗粒直径范围从30到70微米，并具有等于起始晶体硼薄片的晶体类型。4.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用通常的粉末压紧技术制备活化的晶体硼粉末锭料。5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在容器本身中通过在里面直接灌注活化晶体硼粉末并将其压紧，制备活化的晶体硼粉末锭料。6.根据权利要求1的方法，其特征在于，活化的晶体硼粉末锭料表观密度高于晶体硼理论密度(2.35g/cm3)的50％。7.根据权利要求1的方法，其特征在于，活化的晶体硼粉末锭料纯度高于或等于99.4％。8.根据权利要求1的方法，其特征在于，活化的晶体硼粉末锭料形状类似于最终产品。9.根据权利要求1的方法，其特征在于，活化的晶体硼粉末锭料，以粒度低于硼粉末粒度的镁粉末的形式，包含高达20％原子量的镁。10.根据权利要求1的方法，其特征在于，活化的晶体硼粉末锭料由表面敷金属镁的活化的晶体硼粉末构成。11.根据权利要求1的方法，其特征在于，多孔硼锭料和金属镁块状前体在容器中组合的步骤c)，以纯度高于99％的金属镁块状前体实现。12.根据权利要求1的方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔瓦尼琼基，塞尔焦切雷萨拉，
申请(专利权)人：艾迪森股份公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]