粉末装管法MgB_2线材的开发

MgB2超导体是近年来材料界关注的焦点,长期从事超导材料研究的刘春芳教授就近期国内外MgB2的研究和开发进展状况做了以下重点报道。

粉末装管法Nb_3Sn超导体反应热处理过程中的相转变

粉末装管法（PIT）制备的Nb3Sn股线由于能够提供高的临界电流和磁场，同时具有小的有效线径，可以用做下一代高场加速器的磁体。

低温原位粉末装管法制备Ag/MgB_2和Cu/MgB_2复合线

MgB2超导体是近年来材料界关注的焦点,长期从事超导材料研究的刘春芳教授就近期国内外MgB2的研究和开发进展状况做了以下重点报道。

粉末装管法高临界电流密度MgB_2/Ta/Cu线材

利用粉末装管法制备出致密的MgB2/Ta/Cu线材,通过超导量子干涉器件（SQUID）磁强计测量了样品的磁化曲线.结果表明,MgB2线材的转变温度为38.4K,转变宽度很窄,仅为0.6K,MgB2/Ta/Cu线具有很强的磁通钉扎能力,在5K下的不可逆场达到6.6T,临界电流密度高于105A·cm-2（5K,自场）和104A·cm-2（20K,1T）.

热处理与元素掺杂对原位法MgB_2/Fe/Cu超导线材临界电流密度的影响

采用低碳钢作为外包套材料,通过原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备出高密度Ti、Zr掺杂的MgB2/Fe/Cu线材。将线材短样在氩气保护条件下,于650～800℃烧结2～5h。MgB2线材的微结构分析显示,通过该工艺制备的MgB2/Fe/Cu线材比MgB2块材具有更好的晶粒连结性和更高的致密度。采用标准的四引线法,在4.2K,0～8T的磁场下测试线材的临界电流密度。测试结果显示,800℃烧结的Mg0.9Zr0.1B2/Fe/Cu线材获得了最高的临界电流密度。

二硼化镁超导线带材及磁体应用研究进展

由于具有超导转变温度（39K）较高，晶体结构简单，原材料成本低廉以及长线制备容易等一系列特点，金属间化合物二硼化镁（MgB2）超导体自2001年被日本科学家发现以来，引起人们广泛的关注，被认为是目前最有可能首先实现大规模工业应用的超导材料。尤其在制冷机工作温度（15～20K）、较低磁场（1—2T）条件下的医疗核磁共振成像仪（MRI）超导磁体应用上有着广泛的前景。本文主要围绕实用化MgB2超导长线（带）制备研究而展开，重点回顾了近年来粉末套管法、连续粉末装管成型法及中心镁扩散法等MgB2超导线（带）材制备及加工方面的最新研究进展；同时综述了在MgB，超导线带材工程临界电流密度性能改进方面的最新研究工作；最后，对近几年来MgB，超导磁体及线圈等应用研究进展进行了回顾。

B_(10)C掺杂MgB_2/NbZr/Cu线材的超导性能研究

通过原位法粉末装管工艺制备了B10C掺杂的MgB2/NbZr/Cu超导线材。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、PPMS测试仪等测试手段检测了样品的成相情况、微观结构以及超导电性。结果显示该掺杂对MgB2/NbZr/Cu超导线材的磁通钉扎性能及临界电流密度有一定的影响:750℃/2h的热处理制度能够使C元素成为有效磁通钉扎中心,线材的磁通钉扎性能和超导电性均有所提高。20K时,MgB2/NbZr/Cu超导线材的不可逆磁场Hirr达到5.2T;在20K、2T外磁场条件下,其临界电流密度达到2×104A/cm2。

多芯MgB2／NbZr／Cu线材的制备及性能研究

采用NbZr/Cu复合管作为外包套材料,用粉末装管工艺(PIT)制备出千米级TiC掺杂的多芯MgB2/NbZr/Cu线材。在流动高纯氩气保护下、650～800℃温度区间内烧结2h。微观结构分析显示,该工艺制备的MgB2/NbZr/Cu线材具有良好的晶粒连结性和较高的致密度。采用标准的四引线法,在4.2K不同磁场下测试线材的临界电流密度,在10T时,线材临界电流密度Jc达到1.8×104A/cm2。

Bi-2223/Ag超导带材Ag-BSCCO界面的TEM研究

用ＴＥＭ研究了银包套Ｂｉ２２２３超导带材的Ａｇ／ＢｉＳｒＣａＣｕＯ（ＢＳＣＣＯ）界面。大多数界面平直，连接很好，２２２３相的（００１）面平行于界面；有台阶状界面出现，偶尔在界面上观察到半个２２０１单胞层。银与超导体之间不存在固定的位向关系。

轧制前退火对Bi-2223带材性能的影响

采用进口喷雾热分解设备制备了Bi-2223前驱粉末,成相烧结后采用粉末装管法制备Bi-2223多芯线材.在线材轧制前对多芯线材进行低氧气氛热处理,然后再进行轧制以及后续的带材烧结.通过对低氧环境下,在不同热处理温度条件下烧结粉末的XRD谱线进行分析,发现粉末在740~750℃就可以实现Bi-2212四方相到正交相的转变,形成(Bi,Pb)-2212相.随后对多芯线材芯丝在低氧处理前后的微观硬度进行测试,发现低氧处理后银层和粉末的微观硬度均明显降低.最后采用标准的四引线法测量了线材低氧退火后轧制带材和未退火轧制带材的载流性能.结果表明,经过低氧处理的带材性能明显降低,原因可能是正交相线材在轧制时出现大量的裂纹缺陷,由于缺少富铅相弥合加工缺陷,导致最终带材载流性能降低.

新型铁基超导线带材的研究进展

新型铁基超导材料具有较高的临界转变温度、超高的上临界场和非常小的各向异性等优点,在高场磁体领域应用前景广阔。目前粉末装管法已广泛应用于铁基超导线带材的制备,临界电流密度在4.2 K和10 T下高达1.7×104A/cm2,接近实用化水平。首先介绍了铁基超导材料的典型结构与基本超导特性,详细评述了铁基超导粉末的合成和粉末装管法的工艺流程,主要包括元素配比、热处理工艺以及粉末装管原位法和先位法的对比分析,重点探讨了影响线带材临界电流密度的因素及其关键制备技术。通过包套材料的选择、掺杂改性、热等静压和轧制织构等方法来解决线带材中包套与超导芯易反应、杂相多、致密度低以及晶界弱连接等难题。此外还简要介绍了多芯线带材的最新研究进展。最后,对铁基超导线带材的发展趋势做了展望。

PZT压电纤维的制备及性能研究

以溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺制备的PZT陶瓷粉为原料,采用氧化物粉末装管法制备PZT压电陶瓷纤维。SEM分析显示,该陶瓷纤维呈圆柱型形貌,直径约为250μm。分析了不同烧结温度下PZT陶瓷纤维的断面微结构及Pb含量变化,得出PZT陶瓷纤维的最佳烧结温度为1 000℃。XRD分析表明,此温度下烧结的陶瓷纤维呈单一的钙钛矿结构。实验结果表明,采用氧化物粉末装管法制备的陶瓷纤维大小均匀,结构致密,具有高长径比,克服了传统工艺不能制备结构致密的长纤维的缺陷。

122型铁基超导线带材实用化研究进展

在种类众多的新型铁基超导材料中,122型铁基超导体具有高转变温度、超高上临界场、低各向异性、高临界电流密度等优点,因此成为高场应用领域最具竞争力的铁基超导材料.目前122型铁基超导线带材在4.2 K,10 T下的传输临界电流密度已经超过10~5 A/cm^2这一实用化门槛值,表现出十分广阔的应用前景.本文回顾了新型铁基超导体的发现及发展历程,结合122型铁基超导体的自身特点,就如何制备高性能122型铁基超导线带材展开讨论,同时对粉末装管法制备流程中影响线带材性能的几大关键因素进行了详细分析.重点介绍了近年来122型铁基超导线带材的实用化研究进展,包括高强度线带材的制备、圆线的研制、多芯线材及长线的制备、超导接头的研究、力学性能及各向异性的研究等.对122型铁基超导线带材实用化研究进行了总结,并对其未来的发展趋势进行了展望.

铁基超导线材实用化研究进展

铁基超导体是一种新型的实用化高温超导材料,具有极高的上临界场、高转变温度、较小的各向异性、高传输电流密度等优点,能够采用成本较低的粉末装管法制备成超导线带材.目前,通过引入轧制织构和加压烧结致密化等工艺,铁基超导带材的传输临界电流密度在10 T磁场下已超过105A/cm2的实用化门槛,表明其在强电高场领域具有较强的应用潜力.与带材相比,线材具有更加对称的截面形状,能够更方便地进行电缆绞制,从而降低导线的电磁耦合效应,提高载流的均匀性和稳定性,满足高场应用需求.本文对铁基超导线材的发展与现状进行评述,对线材制备过程中的前驱粉制备、冷加工工艺、热处理技术等进行系统介绍,并对影响线材传输性能的微观结构和磁通钉扎特性进行详细阐述,其中包括不同金属包套的线材以及多芯线材.最后,对铁基超导线材的研究进行总结,并对未来的发展趋势进行展望.