(12)發(fā)明專利審查員楊穎娜(72)發(fā)明人王明江郭強(qiáng)朱燕敏嚴(yán)凌霄武博史一功劉向宏馮勇李建峰張平祥所(普通合伙)61263本發(fā)明公開了一種二硼化鎂超導(dǎo)線材及其位粉末套管法和中心Mg擴(kuò)散法制備MgB,超導(dǎo)線復(fù)合棒和Nb/Cu復(fù)合管的間隙區(qū)裝入MgB?超導(dǎo)粉心區(qū)域的Mg元素向周圍的B元素擴(kuò)散并形成進(jìn)Mg元素和B元素固相反應(yīng)，生成純度更高的MgB?超導(dǎo)相，從而使線材獲得更高的載流性能。本發(fā)明為低場應(yīng)用條件下提供一種載流性能較7000600002將所述Mg/B復(fù)合棒裝入Nb/Cu復(fù)合管中，在所述Mg/B復(fù)合棒和所述Nb/Cu復(fù)合管的間隙將所述單芯線密排組裝入蒙乃爾合金管中，第二塑性加工后得到多芯復(fù)合線；所述多芯復(fù)合線經(jīng)高溫成相熱處理獲得所述二硼化鎂超導(dǎo)線材；所述B管由B粉經(jīng)過預(yù)壓制得到；所述預(yù)壓制采用熱等靜壓法；所述B管的外徑范圍為13mm~30mm;所述B管的密度為0.5g/cm3~2.0g/cm3;將Nb棒插入無氧Cu管中，經(jīng)過熱擠壓得到Nb/Cu復(fù)合棒，將所述Nb/Cu復(fù)合棒深鉆孔后得到所述Nb/Cu復(fù)合管；所述Nb/Cu復(fù)合管中Nb的體積占比為35%,Nb/Cu復(fù)合管中Cu的體積占比為35%;所述Nb/Cu復(fù)合管中通孔的直徑為15mm~32mm;MgB?超導(dǎo)粉末的裝填密度為1.0g/cm3~3.0g/cm3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述Mg/B復(fù)合棒中Mg與B的原子個數(shù)比為1:2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱等靜壓法的壓制溫度為200℃~500℃,熱等靜壓法的壓制壓力為50Mpa~200MPa。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熱擠壓的擠壓壓力為100Mpa~200Mpa,所述熱擠壓的擠壓速度為20m/min~40m/min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述MgB?超導(dǎo)粉末的粒度范圍6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一塑性加工的加工量為50%~所述第二塑性加工的加工量為50%~60%。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述高溫成相熱處理是在500℃~900℃溫度處保溫5h~15h。8.一種二硼化鎂超導(dǎo)線材，其特征在于，由權(quán)利要求1~7任一項所述的制備方法獲得。3技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于超導(dǎo)線材加工技術(shù)領(lǐng)域，背景技術(shù)[0002]二硼化鎂(MgB?)是一種新型超導(dǎo)材料，具有較高的臨界溫度和較強(qiáng)的超導(dǎo)性能，其臨界溫度約為39K,比傳統(tǒng)的Nb?Sn超導(dǎo)材料和NbTi超導(dǎo)材料高很多，并且MgB?由硼和鎂直接合成，其延展性相比于氧化物超導(dǎo)體更好，容易加工成型制備線帶材，此外，MgB?具有較高的臨界電流密度和較強(qiáng)的磁場抗擾動能力，使得它在超導(dǎo)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。MgB?可以用于制造高溫超導(dǎo)輸電線路，具有較高的傳輸效率和較低的能量損失，還能用于[0003]目前MgB?超導(dǎo)線帶材的制備方法主要包括原位粉末套管法和先位粉末套管法，其制備成本較低，制備工藝簡單。由于MgB?超導(dǎo)材料的晶粒間并沒有弱連接作用，故將MgB?制備成線帶材并不會降低其臨界電流密度，然而這一特性也使MgB?線帶材的載流性能隨外場的增加而迅速衰減。因此，提供一種在低場應(yīng)用條件下具有較優(yōu)載流性能的MgB?線帶材具有重要意義。發(fā)明內(nèi)容[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種二硼化鎂超導(dǎo)線材及其制備方法。采用先位粉末套管法和中心Mg擴(kuò)散法制備MgB?超導(dǎo)線材，將Mg棒裝入預(yù)壓制的B管中，得到Mg/B復(fù)合棒，將Mg/B復(fù)合棒裝入Nb/Cu復(fù)合管中，并在Mg/B復(fù)合棒和Nb/Cu復(fù)合管的間隙區(qū)裝入MgB?超導(dǎo)粉末，制備二硼化鎂超導(dǎo)線材。在熱處理過程中，中心區(qū)域的Mg元素向周圍的B元素擴(kuò)散并形成MgB?,同時邊緣的MgB?粉末作為模板將誘導(dǎo)和促進(jìn)Mg元素和B元素固相反應(yīng)，生成純度更高的MgB?超導(dǎo)相，從而使線材獲得更高的載流性能。本發(fā)明為低場應(yīng)用條件下提供一種載流性能較優(yōu)的MgB?線材。[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的，一方面，本發(fā)明提供一體包括以下步驟：[0006]S1:采用熱等靜壓法將B粉預(yù)壓制成空心B粉管材，壓制的溫度為200℃~500℃,壓制的壓力為50Mpa~200MPa,管材的外徑范圍為13mm~30mm,管材的內(nèi)徑范圍為11mm~25mm,管材的密度為0.5g/cm3~2.0g/cm3。按原子個數(shù)比Mg:B=1:2計算Mg棒和空心B粉管材的質(zhì)量，并步采用深孔鉆方法在Nb/Cu復(fù)合棒中心區(qū)域加工出通孔，通孔的直徑為15mm~32mm,最終獲得Nb/Cu復(fù)合管，所得復(fù)合管的Nb與Cu的體積占比分別約為35%和35%,通孔的體積占比為為27mm~62mm。所述熱擠壓的擠壓壓力為100Mpa~200Mpa,擠壓速度為20m/min~40m/min。4[0009]S3:將Mg/B復(fù)合棒裝入Nb/Cu復(fù)合管正中心位置，然后在Mg/B棒和Nb/Cu管的間隙1.0g/cm3~3.0g/cm3,得到粉末金屬復(fù)合棒。將上述粉末金屬復(fù)合棒塑性加工為特定徑向尺寸的單芯線，再經(jīng)矯直和切斷后獲得單芯棒。[0010]進(jìn)一步地，所述塑性加工的加工量范圍為50%~60%,所述特定徑向尺寸的單芯線為H12.0mm~H20.0mm的單芯線。[0011]S4:將S3中的單芯棒密排組裝入蒙乃爾合金管中，并進(jìn)一步塑性加工為定型尺寸的多芯復(fù)合線。多芯復(fù)合線經(jīng)過高溫成相熱處理，獲得多芯MgB?超導(dǎo)線材。高溫成相熱處理是在500℃~900℃溫度處保溫5h~15h。[0012]進(jìn)一步地，所述塑性加工的加工量范圍為50%~60%,所述定型尺寸為直徑1.0mm~[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案至少具備下述的有益效果或優(yōu)點：[0015](1)本發(fā)明在MgB?線材制備過程中，采用熱等靜壓法將B粉壓制為不同密度的管材，一方面保證了在加工過程中B粉的質(zhì)量沿線材軸向和徑向的均勻分布，另一方面管材的密度也為后續(xù)Mg和B的固相反應(yīng)提供充足的擴(kuò)散動力。[0016](2)本發(fā)明采用先位粉末套管法和中心Mg擴(kuò)散法制備MgB?超導(dǎo)線材，在發(fā)生中心的成相反應(yīng)并促進(jìn)互擴(kuò)散反應(yīng)更加充分，生成純度更高的MgB?超導(dǎo)相，從而使線材獲得更高的載流性能。本發(fā)明制備的MgB?超導(dǎo)線材在4.2K/3T下的J。為4000A/mm2~5000A/mm2,相比于直接以B粉和Mg粉為原料制備的MgB?線材在4.2K/3T下的J。為3000A/mm2,臨界電流密度顯附圖說明[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例。具體實施方式[0019]下面，結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明，但是，本發(fā)明并不限于下述的實施例。各實施例中所述實驗方法和檢測方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材[0020]本發(fā)明所述高純均指純度大于等于99.9%。[0022]S1:采用熱等靜壓法將高純B粉預(yù)壓制成外徑13mm~30mm、內(nèi)徑11mm~25mm的空心B粉管材，壓制的溫度為200°℃~500℃,壓制的壓力為50Mpa~200MPa,管材的密度為0.5g/cm3~2.0g/cm3。按原子個數(shù)比Mg:B=1:2計算Mg棒和空心B粉管材的質(zhì)量，并按比例將高純Mg棒裝5[0024]S3:將Mg/B復(fù)合棒裝入Nb/Cu復(fù)合管正中心位置，然后在Mg/B棒和Nb/Cu管的間隙的裝填密度為1.0g/cm3~3.0g/cm3,得到粉末金屬復(fù)[0025]S4:將S3中的單芯棒密排組裝入蒙乃爾合金管中，并進(jìn)一步塑性加工為定型尺寸是在500℃~900℃溫度處保溫5h~15h。塑性加工的加工量范圍為50%~60%,定型尺寸為直徑[0027]本實施例提供了一種MgB?超導(dǎo)線材的制備方法，具體包括以下步驟：[0030]S3:將Mg/B復(fù)合棒裝入Nb/Cu復(fù)合管正中心位置，然后在Mg/B棒和Nb/Cu管的間隙芯棒。[0031]S4:將S3中的單芯棒密排組裝入蒙乃爾合金管中，并進(jìn)一步塑性加工(加工量為曲線如圖1所示。由圖1可知，本實施例制[0034]本實施例提供了一種MgB?超導(dǎo)線材的制備方法，具體包括以下步驟：[0035]S1:采用熱等靜壓法將高純B粉預(yù)壓制成空心B粉管材，壓制的溫度為350℃,壓制的壓力為125MPa,管材的外徑和內(nèi)徑分別為20mm和17mm,管材的密度為1.25g/cm3。按原子個數(shù)比Mg:B=1:2計算Mg棒和空心B粉管材的質(zhì)量，并按比例將高純Mg棒裝入預(yù)壓制的空心B粉管材中，獲得Mg/B復(fù)合棒。[0036]S2:將高純Nb棒(直徑為33mm)插入高純無氧Cu管(外徑為41mm,內(nèi)徑為33mm)中，采6用熱擠壓法加工為Nb/Cu復(fù)合棒，擠壓壓力為150Mpa,擠壓速度為30m/min。按照設(shè)計比例，進(jìn)一步采用深孔鉆方法在Nb/Cu復(fù)合棒中心區(qū)域加工出通孔，通孔的直徑為22mm,最終獲得Nb/Cu復(fù)合管，所得復(fù)合管的Nb與Cu的體積占比分別為約35%和35%。[0037]S3:將Mg/B復(fù)合棒裝入Nb/Cu復(fù)合管正中心位置，然后在Mg/B棒和Nb/Cu管的間隙粉末金屬復(fù)合棒塑性加工(加工量為55%)為尺寸H16.0mm的單芯線，再經(jīng)矯直和切斷后獲得[0038]S4:將S3中的單芯棒密排組裝入蒙乃爾合金管中，并進(jìn)一步塑性加工為直徑1.5mm的多芯復(fù)合線。多芯復(fù)合線經(jīng)過高溫成相熱處理，獲得多芯MgB?超導(dǎo)線材。高溫成相熱處理是在700℃溫度處保溫10h。[0041]本實施例提供了一種MgB?超導(dǎo)線材的制備方法，具體包括以下步驟：[0042]S1:采用熱等靜壓法將高純B粉預(yù)壓制成空心B粉管材，壓制的溫度為200℃,壓制的壓力為50MPa,管材的外徑和內(nèi)徑分別為30mm和25mm,管材的密度為0.5g/cm3。按原子個數(shù)比Mg:B=1:2計算Mg棒和空心B粉管材的質(zhì)量，并按比例將高純Mg棒裝入預(yù)壓制的空心B粉用熱擠壓法加工為Nb/Cu復(fù)合棒，擠壓壓力為200Mpa,擠壓速度為40m/min。按照設(shè)計比例，進(jìn)一步采用深孔鉆方法在Nb/Cu復(fù)合棒中心區(qū)域加工出通孔，通孔的直徑為32mm,最終獲得Nb/Cu復(fù)合管，所得復(fù)合管的Nb與Cu的體積占比分別為約35%和35%。[0044]S3:將Mg/B復(fù)合棒裝入Nb/Cu復(fù)合管正中心位置，然后在Mg/B棒和Nb/Cu管的間隙粉末金屬復(fù)合棒塑性加工(加工量為60%)為尺寸H20.0mm的單芯線，再經(jīng)矯直和切斷后獲得[0045]S4:將S3中的單芯棒密排組裝入蒙乃爾合金管中，并進(jìn)一步塑性加工為直徑1.0mm的多芯復(fù)合線。多芯復(fù)合線經(jīng)過高溫成相熱處理，獲得多芯MgB?超導(dǎo)線材。高溫成相熱處理是在900℃溫度處保溫5h。[0048]本對比例與實施例1相比，區(qū)別在于：S1中直接以高純B粉和高純Mg粉為原料制備Mg/B復(fù)合棒，S2中Nb/Cu復(fù)合棒中心區(qū)域通孔的直徑為20mm,S3中未在間隙區(qū)域裝入高純MgB?超導(dǎo)粉末