一種含有硅和碳的Nb3Sn的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種含有硅和碳的Nb3Sn超導材料的制備方法，包括如下步驟：將Nb粉，Sn粉，納米Si/N/C粉按照摩爾比(0.8-0.975)：(1.8-1.95)：(0.025-0.2)配制并混合均勻，燒結或鍛造后制成超導材料；將超導材料放在真空爐中，抽真空后充入氬氣，在500℃-800℃保溫1.5-3小時，最終得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。其制得的Nb3Sn超導材料具有高磁通釘扎能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種超導材料的制備方法，尤其涉及一種摻雜Nb3Sn的制備方法。
技術介紹
Nb3Sn是目前實際應用的臨界轉變溫度最高的金屬間化合物超導材料。較高的轉變溫度、較大的相干長度、較高的上臨界場、晶界不存在弱連接、結構簡單、成本低廉等優點使Nb3Sn成為目前最常用的超導材料。特別是在低場領域，如在磁共振成像磁體應用方面，Nb3Sn表現了極大的優勢。然而，目前制備的Nb3Sn材料的臨界電流密度與低溫超導體和A15超導體相比還比較低，而且會隨著磁場強度的增加而急劇的減小。提高Nb3Sn的臨界電流密度是本領域的一個難題，因為當電流通過超導體時就會產生電子渦旋，電子渦旋的運動消耗能量，進而破壞材料的超導能力。如果渦旋能釘扎在·雜質或缺陷上并且不影響無阻電流的流動，將可以大大提高臨界電流密度。因此，為了提高Nb3Sn在一定磁場下的臨界電流密度，可以采用中子轟擊、化學腐蝕、機械加工、摻雜等方法，而由于摻雜具有更簡便快速、能進行均勻改性等特點，成為目前提高Nb3Sn磁通釘扎能力的主要方法。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了克服現有Nb3Sn超導材料性能的不足，公開了一種Nb3Sn超導材料的制備方法，其制得的超導材料具有高磁通釘扎能力。本專利技術的含有硅和碳的Nb3Sn的制備方法包括如下步驟本專利技術在原料Nb粉，Sn粉中加入納米Si/N/C粉，原料純度均為市售化學純，其組成的摩爾比為Nb Sn Si/N/C 粉=(O. 8-0. 975) (1. 6-1. 95) (O. 025-0. 2)。將 Nb粉，Sn 粉，納米 Si/N/C 粉按照摩爾比(O. 8-0. 975) (1. 8-1. 95) (O. 025-0. 2)配制并混合均勻，燒結或鍛造后制成超導材料；將超導材料放在真空爐中，抽真空后充入氬氣，在5000C _800°C保溫1. 5-3小時，最終得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。具體實施例方式為了使本領域技術人員更清楚地理解本專利技術的技術方案，下面通過描述其具體實施方式。本專利技術的含有硅和碳的Nb3Sn的制備方法包括如下步驟本專利技術在原料Nb粉，Sn粉中加入納米Si/N/C粉，原料純度均為市售化學純，其組成的摩爾比為Nb Sn Si/N/C 粉=(O. 8-0. 975) (1. 6-1. 95) (O. 025-0. 2)。將 Nb粉，Sn 粉，納米 Si/N/C 粉按照摩爾比(O. 8-0. 975) (1. 8-1. 95) (O. 025-0. 2)配制并混合均勻，燒結或鍛造后制成超導材料；將超導材料放在真空爐中，抽真空后充入氬氣，在5000C _800°C保溫1. 5-3小時，最終得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。Nb3Sn晶體中缺乏能夠對磁通蠕動進行釘軋的結構缺陷，所以其臨界電流隨磁場強度的增大而很快的減小。因此可以采用增加晶體缺陷或者增加晶格界面等方法增加晶體的釘扎中心來提高Nb3Sn的磁通釘扎能力，從而提高材料的臨界電流密度。一般來說，釘扎機制可分為兩種，一種來源于晶粒內部的短程無序，另一種來源于和晶體結構以及晶界有關的長程不均勻性。摻雜可以引入釘扎中心以及改善晶粒間的連接性，從而達到提高臨界電流密度的目的。本專利技術在優化材料加工工藝前提下，通過摻雜納米Si/N/C，在Nb3Sn晶格中通過C對Sn的替代引入缺陷，并且Si與Nb反應生成的部分粒徑較小的雜質也可以作為釘軋中心，這些都可以增強Nb3Sn材料的磁通釘扎能力。而且由于Si/N/C摻雜后對Nb3Sn超導轉變溫度影響較小，從而減小了由超導轉變溫度降低產生的對Nb3Sn臨界電流密度的負面作用。本專利技術采用采用Si/N/C納米顆粒摻雜，不但可以提供在SiC納米顆粒摻雜時起到關鍵作用的碳元素，而且不會產生太多由于SiC分解導致的Nb2Si雜質。這些優點對于進一步提聞Nb3Sn材料的超導特性具有重要意義。用本專利技術方法制備的Nb3Sn超導帶材的臨界電流密度在4. 5 X 103A/cm2 (4. 2K，10T)左右，且重復性很好，并且成本費用遠低于現有技術中采用同樣的原位粉末裝管法制 備的樣品。實施例1制備(Nb3Sn)ο.95(SiC)ο.05超導材料。將Nb粉，Sn粉，SiC晶須按照摩爾比O. 95 1. 9 0. 05準確稱量并混合均勻，燒結或鍛造后在流動氣氛的氬氣真空爐中650°C保溫2小時，然后在真空爐中冷卻至室溫，得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。制得的帶材的臨界電流密度為4. 5X103A/cm2(4. 2K，10T)。實施例2制備(Nb3Sn)a8(SiC)a2超導材料。將Nb粉，Sn粉，SiC晶須按照摩爾比O. 8 :1. 6 :O. 2準確稱量并混合均勻，燒結或鍛造后在流動氣氛的氬氣真空爐中700°C保溫1. 5小時，然后在真空爐中冷卻至室溫，得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。實施例3制備(Nb3Sn)a8(SiC)a2超導材料。將Nb粉，Sn粉，SiC晶須按照摩爾比O. 8 :1. 6 :0.2準確稱量并混合均勻，燒結或鍛造后在流動氣氛的氬氣真空爐中600°C保溫1. 5小時，然后在真空爐中冷卻至室溫，得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。實施例4制備(Nb3Sn)a 975 (SiC)atl25超導材料。將Nb粉，Sn粉，SiC晶須按照摩爾比O. 975 1.95 0. 025準確稱量并混合均勻，燒結或鍛造后在流動氣氛的氬氣真空爐中700°C保溫2.5小時，然后在真空爐中冷卻至室溫，得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。實施例5制備(Nb3Sn)ο.95(SiC)ο.05超導塊材。將Nb粉，Sn粉，SiC晶須按照摩爾比O. 95 1.9:0. 05準確稱量并混合均勻，燒結或鍛造后在800°C保溫2小時，然后在真空爐中冷卻至室溫，得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。實施例6制備(Nb3Sn) a8 (Si/N/C) α2超導塊材。將Nb粉，Sn粉，納米Si/N/C粉按照摩爾比O. 8:1. 6 0. 2準確稱量并混合均勻，燒結或鍛造后在800°C保溫3小時，然后在真空爐中冷卻至室溫，得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。以上實施例說明應用這種技術可以制備性能很好的線帶材和塊材，這為Nb3Sn超導材料的實際應用提供了材料基礎。 當然，本專利技術還可有其他多種實施例，在不背離本專利技術精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本專利技術作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本專利技術所附的權利要求的保護范圍。權利要求1.一種含有硅和碳的Nb3Sn超導材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將 Nb 粉，Sn 粉，納米 Si/N/C 粉按照摩爾比(O. 8-0. 975) (1. 8-1. 95) (O. 025-0. 2)配制并混合均勻，燒結或鍛造后制成超導材料；將超導材料放在真空爐中，抽真空后充入氬氣，在500°C _800°C保溫1. 5-3小時，最終得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。全文摘要本專利技術公開了一種含有硅和碳的Nb3Sn超導材料的制備方法，包括如下步驟將Nb粉，Sn粉，納米Si/N/C粉按照摩爾本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含有硅和碳的Nb3Sn超導材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將Nb粉，Sn粉，納米Si/N/C粉按照摩爾比(0.8?0.975)：(1.8?1.95)：(0.025?0.2)配制并混合均勻，燒結或鍛造后制成超導材料；將超導材料放在真空爐中，抽真空后充入氬氣，在500℃?800℃保溫1.5?3小時，最終得到含有Si元素和C元素的Nb3Sn超導材料。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：虞浩輝，周宇杭，呂鎖方，顧忠杰，
申請(專利權)人：江蘇威納德照明科技有限公司，
類型：發明
國別省市：