一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于粉體超導(dǎo)材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，步驟如下：在氬氣環(huán)境下，將NaBH4粉末和Mg粉末按照摩爾比為(2～2.5)：1混合均勻，研磨壓片后放入鉭杯中；將鉭杯放入石英管式爐中熱處理，最后降至室溫，得黑色MgB2粉末。本發(fā)明的制備工藝簡單，合成時(shí)間短，使用的原料廉價(jià)易得，制得的二硼化鎂純度高、雜質(zhì)少，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度為38.0K，十分接近理論值。
【專利說明】一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉體超導(dǎo)材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]二元金屬硼化物MgB2超導(dǎo)特性的發(fā)現(xiàn)，引起了該領(lǐng)域的研究者對超導(dǎo)材料的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用的極大關(guān)注。MgB2具有相對較高的臨界溫度，其轉(zhuǎn)變溫度接近40K，具有較大的超導(dǎo)相關(guān)長度(5nm)、高的臨界電流密度以及較寬的能隙，且易于合成，因此在超導(dǎo)器件方面具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0003]目前，關(guān)于MgB2粉末和塊材的制備方面，大都是利用單質(zhì)硼和鎂制備而成的，王建波等人用0.05mm厚的鉭箔包裹住非晶硼粉和過量10%的分析純鎂粉，經(jīng)800°C煅燒4h制備出了高純MgB2粉體；Radev等人以Mg粉和B粉為原料采用機(jī)械激活自蔓延高溫合成法制備了 70~80nm的MgB2粉末；Varin等以Mg粉和B粉為原料采用可控放電輔助機(jī)械合金化法制備了 MgB2納米粉末。以上這些方法的缺點(diǎn)在于單質(zhì)B粉的價(jià)格較為昂貴，并且提純困難。
[0004]有關(guān)于用非單質(zhì)砸來制備MgB2的研究相對較少，聞?wù)夙樀热死肂2OjPMg制備得到的MgB2樣品中，MgO為主相而且難以除掉；C00ley等人報(bào)道了利用B6Si和Mg得到MgB2,但是B6Si價(jià)格比較昂貴；Tan等人以MgB4為如驅(qū)體,米用兩步法制備得到了 MgB2,但是這種方法工藝復(fù)雜，提聞了成本，并且容易引入雜質(zhì)相。
[0005]綜上所述，開發(fā)出利用廉價(jià)非單質(zhì)硼原料來制備合成MgB2超導(dǎo)粉的方法對于其應(yīng)用有著重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種利用廉價(jià)的非單質(zhì)硼源、采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)工藝來直接合成MgB2的制備方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)在氬氣環(huán)境下，將NaBH4粉末和Mg粉末按照摩爾比為(2~2.5):1混合均勻，研磨壓片后放入鉭杯中；
[0009](2)將步驟(1)的鉭杯放入石英管式爐中，在lOOmL/min的氬氣流下，從室溫升至460~500°C保溫2~3h，升溫至600~650°C保溫I~2h，繼續(xù)升溫至800~850°C保溫2~3h，最后降至室溫，得黑色MgB2粉末。
[0010] 其中，步驟(2)中所述的升溫速率和降溫速率均為5°C /min。
[0011]反應(yīng)過程中的主要反應(yīng):NaBH4 —Na+B+2H2 ?
[0012]2B+Mg —MgB2
[0013]本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果在于:
[0014]UNaBH4粉末在分解過程產(chǎn)生氫氣，有助于減少M(fèi)g粉末的氧化，提高了所得產(chǎn)物二硼化鎂的純度；
[0015]2、流動氬氣能夠減少M(fèi)g的氧化及NaBH4分解產(chǎn)生的Na的氧化，并且使高溫下形成的Na蒸氣隨氬氣的流動揮發(fā)出去；
[0016]3、本發(fā)明的制備工藝簡單，合成時(shí)間短，使用的原料廉價(jià)易得，制得的二硼化鎂純度高、雜質(zhì)少，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度為38.0K，十分接近理論值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制得的MgB2的XRD圖譜；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制得的MgB2的SEM圖譜；
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制得的MgB2的SEM-EDS圖譜；
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制得的MgB2的TEM圖譜；
[0021]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制得的MgB2的SAED圖譜；
[0022]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1制得的MgB2的電阻隨溫度變化的曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例采用荷蘭帕納科公司V Pert MPD PRO型X射線衍射儀進(jìn)行XRD分析，采用日本電子株式會社的JSM-7000F型掃描電子顯微鏡觀測樣品形貌，采用牛津印加X射線能量色散譜儀對樣品進(jìn)行元素分析，采用日本電子株式會社的JEM-2100型透射電子顯微鏡分析獲得透射電子顯微鏡照片和選區(qū)電子衍射照片，采用美國Advanced ResearchSystems公司的液氦低溫系統(tǒng)和四探針法測量樣品電阻隨溫度變化的曲線。
[0025]實(shí)施例1
[0026]一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0027](I)在氬氣環(huán)境下，將NaBH4粉末和Mg粉末按照摩爾比為2:1混合均勻，研磨壓片后放入組杯中；
[0028](2)將步驟(1)的鉭杯放入石英管式爐中，在lOOmL/min的氬氣流下，從室溫升至460°C保溫2h，升溫至600°C保溫lh，繼續(xù)升溫至800°C保溫2h，最后降至室溫，得黑色MgB2粉末，其中升溫速率和降溫速率均為5°C /min。
[0029]經(jīng)檢測，所得的MgB2樣品純度為99.0%，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度T。= 38.0K。
[0030]圖1為本實(shí)施例制得的MgB2粉末的XRD圖，從圖中可以看到樣品主相為MgB2，此外還有少量的MgO相的出現(xiàn)，產(chǎn)生MgO的原因是由于氬氣中含有微量氧。在圖1中沒發(fā)現(xiàn)Na的化合物的相，主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)由NaBH4分解產(chǎn)生的Na在高溫下形成Na蒸氣，隨著氬氣的流動從樣品中揮發(fā)出去，而殘留下來的微量的Na可能形成了 Na的某種化合物，但是由于含量比較少，因此在XRD的測試中無法測定。
[0031]圖2是MgB2樣品的SEM圖譜，從圖中可以看到六邊形的微觀形貌的存在(圖中用大寫字母A標(biāo)注)，與MgB2屬于六方晶系化合物的理論相符，這也進(jìn)一步證實(shí)了 MgB2的存在。從圖中能夠清楚觀察到的六邊形的形貌并不多，這主要是因?yàn)樵跓Y(jié)過程中MgB2晶粒之間產(chǎn)生了大量的團(tuán)聚。
[0032]圖3是MgB2樣品的SEM-EDS圖譜，從圖中可以看到出現(xiàn)了 Na元素的峰，此外，能譜圖中還出現(xiàn)B和O元素的峰，由此推測可能是形成了 Na-B-O的化合物。
[0033]圖4是MgB2樣品的TEM照片，從圖中可以觀察到棒狀的微觀結(jié)構(gòu)。
[0034]圖5是MgB2樣品的SAED圖譜，即選區(qū)電子衍射花樣圖，從圖中可以看到衍射花樣為同心圓弧線或者斑點(diǎn)，由此可以判定樣品是多晶的，且晶粒尺寸較大，這正是前面所討論過的晶粒之間團(tuán)聚所造成的結(jié)果。各個(gè)衍射環(huán)對應(yīng)的晶面的d值分別為Cl1 = 0.2130nm, d2=0.1543nm, d3 = 0.1249nm,分別對應(yīng)六方晶系 MgB2 的(101)、(110)、(201)面。
[0035]圖6是MgB2樣品的電阻隨溫度變化的曲線，右下角的插圖是轉(zhuǎn)變區(qū)間的放大圖，從右下角的插圖中可以看到MgB2樣品的起始轉(zhuǎn)變溫度T。，= 39.0K,零電阻溫度Tcitl =36.8K，超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度T。為38.0K,很接近塊材MgB2的理論超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度39.0K,但還是略有偏差，這主要是因?yàn)橛须s質(zhì)MgO和Na-B-O化合物的存在。因?yàn)樵贛gB2體系中，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度對雜質(zhì)的存在很敏感，即使有少量的雜質(zhì)存在都會使得T。降低。
[0036]實(shí)施例2
[0037]—種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0038](I)在氬氣環(huán)境下，將NaBH4粉末和Mg粉末按照摩爾比為2.5:1混合均勻，研磨壓片后放入組杯中；
[0039](2)將步驟(1)的鉭杯放入石英管式爐中，在lOOmL/min的氬氣流下，從室溫升至500°C保溫3h，升溫至650°C保溫2h，繼續(xù)升溫至850°C保溫3h，最后降至室溫，得黑色MgB2粉末，其中升溫速率和降溫速率均為5°C /min。
[0040]經(jīng)檢測，所得的MgB2樣品純度為98.1 %，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度T。= 38.0K。
[0041]實(shí)施例3
[0042]一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，包括以下步驟:
[0043](I)在氬氣環(huán)境下，將NaBH4粉末和Mg粉末按照摩爾比為2.3:1混合均勻，研磨壓片后放入組杯中；
[0044](2)將步驟(1)的鉭杯放入石英管式爐中，在lOOmL/min的氬氣流下，從室溫升至480°C保溫2.5h，升溫至620°C保溫1.8h，繼續(xù)升溫至830°C保溫2.4h，最后降至室溫，得黑色MgB2粉末，其中升溫速率和降溫速率均為5°C /min。
[0045]經(jīng)檢測，所得的MgB2樣品純度為98.3%，其超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度T。= 38.0K。
[0046] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)在氬氣環(huán)境下，將NaBH4粉末和Mg粉末按照摩爾比為(2~2.5):1混合均勻，研磨壓片后放入組杯中； (2)將步驟(1)的鉭杯放入石英管式爐中，在lOOmL/min的氬氣流下，從室溫升至460~500°C保溫2~3h，升溫至600~650°C保溫I~2h，繼續(xù)升溫至800~850°C保溫2~3h，最后降至室溫，得黑色MgB2粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的升溫速率和降溫速率均為5°C /min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二硼化鎂粉體超導(dǎo)材料的制備方法，其特征在于制得的MgB2粉末的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度為38.0K。
【文檔編號】H01B12/00GK104129799SQ201410346587
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】周雅偉, 高曉菊, 滿蓬, 牟曉明, 曹劍武, 燕東明, 謝威, 李大吉 申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所煙臺分所