中心镁扩散法制备多芯MgB2超导线材及性能优化的探索研究

MgB2 superconducting wires have large potential applications and good application prospects. However, many pores are formed in MgB2 superconducting wires prepared by in-situ PIT method, which limites the further improvement of superconducting properties of MgB2 wires. The pores reduce the effective current area and the boundary density as effective pinning centers. The internal Mg diffusion (IMD) method for preparing high-performance second generation MgB2 wires has become the forefront of the international superconducting material research. This project aims to study the preparation of MgB2 superconducting wires by internal Mg diffusion (IMD). We will optimize the design of the conductor and wire processing technology on the properties of MgB2 wire, research MgB2 layers generated and the microstructure evolution process, explore the second generation MgB2 wire which was prepared by IMD method, reveal the main factors influencing the MgB2 high density layer, clarify the reaction mechanism of MgB2 superconducting wires prepared by IMD. And based on above conclusions, the influence law of element doping on superconducting properties of MgB2 wires prepared by IMD methode will be investigated in order to solve the key preparation technology of high performance second generation of MgB2 wires. Exploring IMD new synthesis method will lay the fundations on practical applications and further improve the superconducting properties of MgB2 superconducting wires.

MgB2超导线材具有巨大的应用潜力和良好的应用前景。然而目前采用原位法粉末装管工艺所制备的MgB2超导线材中存在大量的孔洞，导致有效载流面积和作为有效钉扎中心的晶界密度减小。采用中心Mg扩散技术（IMD）制备高性能二代MgB2线材已经成为国际超导材料研究的前沿。本项目围绕采用IMD技术制备MgB2线材的优化导体设计和线材加工技术对线材性能的影响，研究MgB2层生成及微观结构演变过程，探索基于IMD法制备二代MgB2超导线材的新技术，揭示影响生成高致密度MgB2层的主要因素，阐明IMD法制备MgB2超导线材的反应机制。并在此基础上研究元素掺杂对MgB2超导线材性能的影响规律，以期解决高性能二代MgB2线材的关键制备技术。探索IMD法合成MgB2超导长线的新技术对于进一步提高MgB2超导线材的性能，推动其实现实用化具有重要意义。

MgB2超导线材具有巨大的应用潜力和良好的应用前景。然而目前采用原位法粉末装管工艺所制备的MgB2超导线材中存在大量的孔洞，导致有效载流面积和作为有效钉扎中心的晶界密度减小。采用中心Mg扩散技术（IMD）制备高性能二代MgB2线材已经成为国际超导材料研究的前沿。本项目研究了IMD法制备MgB2线材及MgB2层生成机理，研究了掺杂对中心镁扩散法制备的MgB2超导线材性能的影响，围绕MgB2缺乏有效磁通钉扎中心的问题，采用混合掺杂的方法，在B粉中引入不同类型的磁通钉扎中心，从而提高MgB2层的磁通钉扎性能。我们设计了三种不同结构的碳包覆B粉掺杂的二代MgB2超导线材，重点研究了不同结构对最终线材中芯丝分布、MgB2相微观结构、超导电性等方面的影响，得到了IMD法制备高性能多芯MgB2线材最佳的导体设计。对二代多芯MgB2线材的IMD制备技术进行系统研究和优化，包括合理的导体结构设计、高均匀加工和热处理技术、高均匀磁通钉扎引入技术，优化了MgB2超导线材加工和热处理技术，获得了实用化二代MgB2线材制备关键技术。我们采用碳包覆硼（CCB）粉作为前驱粉末，IMD工艺成功制备了一根600米37芯MgB2长线线材，制备的37芯MgB2超导线材在4.2 K、4 T下的工程临界电流密度达到7.2×104A/cm2，比国际上报到的7.0×104 A/cm2二代线材性能还要高一些。现在国际上关于37芯IMD线材报道的最长也只有几米，6芯线材最长也只有100米，我们制备的IMD线材不管在长度，多芯化和性能上都有突破。突破高性能MgB2多芯超导长线IMD制备关键技术对于发展MgB2超导材料制备新技术和抢占MgB2 MRI应用的制高点都具有重要意义。已发表学术论文14篇，申请专利6项，授权专利1项。