高载流二硼化镁超导体组织控制及其低温快速成形

高载流二硼化镁超导体的制备一直以来都是国内外的研究热点，其载流能力的大小取决于块体晶间连接性的好坏和块体内部磁通钉扎中心的多少。目前大部分研究仅集中在如何增加磁通钉扎中心方面，往往忽略甚至牺牲晶间连接性的改善，这从一定程度上限制了临界电流密度的进一步提高。针对上述问题，本项目提出了首先通过金属活化烧结来调控二硼化镁的生长形态并获得最佳晶间连接性；在此基础上，加入合适的含碳化合物形成有效碳掺杂，从而形成更多的磁通钉扎中心，从改善晶间连接性和提高磁通钉扎能力两方面来发展高载流二硼化镁超导体的低温快速成形技术。拟采用差热分析技术跟踪和分析低温烧结成相过程，结合显微组织观察澄清金属活化剂对二硼化镁生长形态的调控机理以及碳掺杂的引入机制；同时结合超导电性测试和晶体成核/长大动力学分析确定不同形态二硼化镁的成相机理，探究二硼化镁组织形态与载流能力之间的一般规律。

二硼化镁（MgB2）是2001年发现的第二类超导体，虽然它的超导转变温度（39K）与高温超导体相比并不算很高，但它以其自身的优点引起了科学家对其应用可能性的广泛关注，其较弱的临界电流密度（Jc）限制了其在超导轴承、储能、发电机以及磁悬浮等领域的广泛应用。如何提高MgB2超导体的载流能力逐渐成为研究热点。第二类超导体的临界电流密度受两个关键因素的影响：晶间连接性的好坏和磁通钉扎中心的多少。不论磁通钉扎中心还是晶间连接性，都和超导体本身的显微组织和形态密切相关。本项目通过设计和控制MgB2超导体的生长形态和微观组织，在改善晶间连接性的同时增加磁通钉扎中心数目，制备出了具有更高Jc、可实用的MgB2超导材料。研究了Mg-B体系低温烧结动力学机制以及不同金属添加对MgB2低温烧结效率的影响，据此澄清了金属活化低温烧结MgB2的机理，并发展了金属组元添加MgB2低温烧结（575℃）快速合成技术。分析了不同碳单质以及碳基化合物在MgB2烧结制备过程中引入碳掺杂的机制，探究了碳掺杂提高临界电流密度的机理，提出了碳掺杂在Cu活化低温烧结过程中有效引入的判据，通过碳基化合物和Cu共添加在低温下制备出高载流的MgB2超导体。进一步发展了低成本的球磨自氧化合成高载流MgB2技术，将这一低廉有效的技术应用到Cu活化低温烧结MgB2中。发表标注高水平论文24篇，其中SCI收录23篇；已授权中国科学技术发明专利4项；已培养博士后1名、博士研究生4名，硕士研究生4名。出席国内外学术会议4次，其中国际学术会议特邀报告2次。