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2023-06-22
二硼化镁材料的研究与生产优化
【摘要】：图2.1意大利INFM公司生产的多芯MgB2长带INFM公司的另一研究重点在于对前驱粉的优化，通过对前驱粉进行高能球磨，冷冻干燥，SiC纳米粉末掺杂等方法改善磁场下电流性质。以日本日立公司、中央铁路公司与国家材料科学局为代表的产学研机构在MgB2材料的制备及应用研究方面也做出了很多成果。我国在MgB2线材制备领域也做了很多研究工作，研究不同包套材料的影响，MgB2超导体的成相与掺杂机理等。
美国HyperTech公司与俄亥俄州立大学、麻省理工学院、澳大利亚伍伦贡大学等研究机构开展广泛合作，在MgB2导线制备及应用研究方面走在了世界前列。HyperTech公司在PIT法基础上采用独特的“粉末装管连续包覆焊管加工（CTFF）”技术，实现了千米级MgB2长线的流水化生产。HyperTech公司使用自行研发的多芯线材进行磁体制备，做出了很多突破性工作。通过“先绕制后反应”方法制备的超过3000匝的螺线管线圈，在液氦下得到了高达3.9T的中心磁场。HyperTech还负责为NASA2MW的超导发电机项目制作液氢下使用的跑道型线圈，其中性能最好的线圈在4K下达到了400A临界电流[11]。
意大利INFM-LAMIA实验室与Columbus Superconductors公司开发出成熟的先位PIT法制备MgB2单芯/多芯长带。其带材截面结构如图2.1所示：单芯导线先封进Ni包套，中心Cu稳定层可防止因MgB2局部失超而引起的热不稳定性，由于轧制后的带材要在900～1000℃Ar气氛下热处理，采用Fe作为MgB2与Cu之间的阻扩散层。2005年，INFM已经可连续制备20K，1T磁场下临界电流125A的千米级长带。
图2.1 意大利INFM公司生产的多芯MgB2长带
INFM公司的另一研究重点在于对前驱粉的优化，通过对前驱粉进行高能球磨，冷冻干燥，SiC纳米粉末掺杂等方法改善磁场下电流性质。经过冷冻干燥的B粉平均晶粒大小从350nm减小到约70nm，且更加均匀。将MgB2前驱粉与SiC，C纳米粉一起进行高能球磨，晶粒细化和掺杂效应同时得到体现，最优化的样品在4.2K，13T磁场下临界电流达到20A。
以日本日立公司、中央铁路公司与国家材料科学局（NIMS）为代表的产学研机构在MgB2材料的制备及应用研究方面也做出了很多成果。2004年，三机构联合研发，用原位PIT法制备出百米级多芯MgB2超导线。导线采取不锈钢和铜复合包套结构，制备过程中无热处理，在4.2K，0T和1T磁场下临界电流分别达到3.7×105A/cm2和1.0×105A/cm2。此后，他们又采用Fe/Cu复合包套结构用原位法制备出130m单芯长线。其中的58m被用于绕制一个459匝的线圈，在25K下达到了100A的临界电流并产生了1T磁场[12]。
我国在MgB2线材制备领域也做了很多研究工作，研究不同包套材料的影响，MgB2超导体的成相与掺杂机理等。主要研究机构有：西北有色金属研究院，中科院电工所应用超导重点实验室以及各大高校等。其中，西北有色院开发出特殊线材带材轧制技术，成功制备了高质量MgB2/Fe/Cu长线材，成功制备了310匝MgB2磁体，在液氦下可产生磁场2.02T[13]。
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