IMD单芯线材的掺杂与性能研究
发布时间：2021-02-11 16:32
中心镁扩散（IMD）技术是目前MgB2线材制备的主要研究方向之一,在研究领域备受关注。与粉末装管（PIT）技术相比,IMD技术制备的线材拥有更高的载流性能,因此研究IMD线材对MgB2超导材料的实用化具有重要意义。但IMD线材目前有几方面问题需要解决,一是线材内有效磁通钉扎中心的引入方法;二是烧结过程中,线材中心镁棒扩散后残留孔洞问题,以及不充分扩散反应导致大量未反应完全的富硼相;三是IMD长线材的开发等。本文将针对IMD线材制备过程中存在的上述问题,分别从碳掺杂方法优化、IMD制备工艺优化等角度对IMD工艺进行改进,从而获得IMD线材性能的整体提高。主要研究内容如下:采用原位法制备MgB2块材,并以碳包覆硼粉、无定型碳粉、石墨烯粉三种方式进行掺杂。对比三种掺杂方式对MgB2块材的相组成、微观组织和超导性能的影响,发现碳包覆硼粉掺杂引起的晶格畸变最大,样品的微观组织更加致密,C原子团聚现象最少。对掺杂后的样品进行零场下超导转变测试,发现碳包覆硼粉掺杂样品的Tc降低最明显,抗磁性最强,是制备IMD线材的最佳前驱粉末。使用碳包覆硼粉作为前驱粉末制备IMD线材,通过调节烧结温度,对IMD线材...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MgB2的费米面模型[5]
西安理工大学硕士学位论文2的晶格中，三角形的Mg原子层与六边形蜂窝状的B原子层交替排列，如图1-1所示[8]。在室温下，实验得出其晶格常数a=b=3.08，c/a=1.14。MgB2的理论密度2.62g/cm3，但在常压下Mg-B混合制备的MgB2密度仅有1.0-1.4g/cm3。Nagamatsu等人系统研究MgB2的费米面结构并得到了其费米面模型[5]，如图1-2所示。MgB2的费米面由二维状的δ能带及三维状的π能带组成，其中δ能带起主导作用。B同位素效应的实验结果表明MgB2属于传统BCS超导体的一种[9,10]，其超导机制可以用电声子耦合来解释。但又与传统BCS超导体不同的是MgB2中两个能带的费米面处都产生能隙，两个能带之间相互作用决定了MgB2独特的超导性能。图1-1MgB2的晶体结构[8]Fig.1-1LatticestructureofMgB2superconductor[8]图1-2MgB2的费米面模型[5]Fig.1-2FermisurfacemodelofMgB2superconductor[5]1.2.2二硼化镁的成相过程及热力学分析差热分析结果表明MgB2的形成是一个相对复杂的过程，如图1-3所示，Mg向B的扩散反应中伴随着一系列的吸热、放热反应[11]。由图1-3可知MgB2的形成是个放热过程，升温至530℃，已经有明显的Mg-B固-固反应发生。继续升温至650℃，Mg熔化吸热形成液态，并伴随着Mg-B液-固反应及Mg-B气固反应。相比于Mg-B固-固反应，Mg-B液-固反应及Mg-B气固反应更加剧烈。在MgB2的形成过程中，反应温度、化学计量比
1绪论3等因素都会影响第二相的出现，如图1-4所示[12]，温度过高会使MgB2分解成MgB4、MgB7或与氧原子反应生成MgO等第二相，而B过量也同样会导致MgB4、MgB7等第二相的出现，因此在制备MgB2的过程中应当严格控制Mg-B化学计量比、反应温度以及氧含量等制备条件。图1-3Mg:B=1:2反应的差热分析图[11]Fig.1-3DTAcurveforthemixedpowderofMg:B=1:2[11]图1-4MgB2成相体系图[12]Fig.1-4PhasediagramofMg-B=1:2[12]1.2.3二硼化镁的超导电性超导材料在一定的温度和磁场条件下会发生电性能和磁性能的转变，而发生转变的特征温度和磁场是判定超导材料性能的重要参数。一般来说，超导现象的发生是伴随着库伯电子对的形成，因此，在较低的温度、磁场和电场条件下，库伯对稳定形成，体系具有超导电性。当随着温度的升高，电子运动趋势越来越剧烈，库伯电子对被拆散，超导体从超
本文编号：3029397
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MgB2的费米面模型[5]
西安理工大学硕士学位论文2的晶格中，三角形的Mg原子层与六边形蜂窝状的B原子层交替排列，如图1-1所示[8]。在室温下，实验得出其晶格常数a=b=3.08，c/a=1.14。MgB2的理论密度2.62g/cm3，但在常压下Mg-B混合制备的MgB2密度仅有1.0-1.4g/cm3。Nagamatsu等人系统研究MgB2的费米面结构并得到了其费米面模型[5]，如图1-2所示。MgB2的费米面由二维状的δ能带及三维状的π能带组成，其中δ能带起主导作用。B同位素效应的实验结果表明MgB2属于传统BCS超导体的一种[9,10]，其超导机制可以用电声子耦合来解释。但又与传统BCS超导体不同的是MgB2中两个能带的费米面处都产生能隙，两个能带之间相互作用决定了MgB2独特的超导性能。图1-1MgB2的晶体结构[8]Fig.1-1LatticestructureofMgB2superconductor[8]图1-2MgB2的费米面模型[5]Fig.1-2FermisurfacemodelofMgB2superconductor[5]1.2.2二硼化镁的成相过程及热力学分析差热分析结果表明MgB2的形成是一个相对复杂的过程，如图1-3所示，Mg向B的扩散反应中伴随着一系列的吸热、放热反应[11]。由图1-3可知MgB2的形成是个放热过程，升温至530℃，已经有明显的Mg-B固-固反应发生。继续升温至650℃，Mg熔化吸热形成液态，并伴随着Mg-B液-固反应及Mg-B气固反应。相比于Mg-B固-固反应，Mg-B液-固反应及Mg-B气固反应更加剧烈。在MgB2的形成过程中，反应温度、化学计量比
1绪论3等因素都会影响第二相的出现，如图1-4所示[12]，温度过高会使MgB2分解成MgB4、MgB7或与氧原子反应生成MgO等第二相，而B过量也同样会导致MgB4、MgB7等第二相的出现，因此在制备MgB2的过程中应当严格控制Mg-B化学计量比、反应温度以及氧含量等制备条件。图1-3Mg:B=1:2反应的差热分析图[11]Fig.1-3DTAcurveforthemixedpowderofMg:B=1:2[11]图1-4MgB2成相体系图[12]Fig.1-4PhasediagramofMg-B=1:2[12]1.2.3二硼化镁的超导电性超导材料在一定的温度和磁场条件下会发生电性能和磁性能的转变，而发生转变的特征温度和磁场是判定超导材料性能的重要参数。一般来说，超导现象的发生是伴随着库伯电子对的形成，因此，在较低的温度、磁场和电场条件下，库伯对稳定形成，体系具有超导电性。当随着温度的升高，电子运动趋势越来越剧烈，库伯电子对被拆散，超导体从超
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