鎳摻雜對MgB2相的形成及超導性能的影響.pdf

1、隨著人們對摻雜MgB2超導體研究的不斷深入,摻雜元素對MgB2的成相過程及超導性能的影響具有越來越重要的指導意義。本文首先采用傳統(tǒng)的固相反應法對純MgB2進行燒結并確定最佳的工藝參數。在此基礎上,選取不同粒度的金屬Ni作為摻雜對象,結合顯微組織觀察、差熱分析技術、粉末燒結理論,熱力學和動力學分析手段,系統(tǒng)研宄了Ni的顆粒大小對MgB2相的形成、微觀形貌以及超導電性的影響。另外,以金屬Ni納米顆粒作為催化劑,在B基體上沉積單質碳并摻入Mg

2、B2超導體,試圖通過納米相的引入來增加磁通釘扎中心,以提高MgB2的臨界電流密度值。上述研究包含的主要內容及獲得的結論有:
　　 利用高精度差熱分析儀對Mg和B的混合粉末進行燒結處理,并分析不同升溫速率(5、10、20和30 K/min)對MgB2相的形成過程產生的影響。臨界電流密度測試結果表明,以5 K/min的加熱速率燒結可以促進MgB2在低溫下的反應過程,進而提高MgB2晶粒間的連接性,改善高磁場下MgB2的臨界電流密度值

3、。然而,高的升溫速率(30K/min)容易導致孔隙率的增加和MgB2晶粒間連接性的惡化,從而使得MgB2樣品的超導性降低。
　　 同樣采用熱分析手段,進一步研究了Ni摻雜對MgB2體系成相過程的影響,結果表明:在Ni摻雜的MgB2體系燒結過程中,Mg和Ni在506℃下形成共晶液相,大大提高了Mg和B原子的擴散速率,使大部分MgB2顆粒在固相階段形成。Mg-Ni-B體系的反應模型表明,MgNi2.5B2相的析出是從MgB2晶粒邊界

4、處轉至晶粒內部。
　　 實驗選取不同粒度的金屬鎳粉對MgB2超導體進行摻雜,通過研究粒度對MgB2的成相過程以及化學成分的影響,進一步比較不同條件下超導性能的變化,以研究第二相顆粒大小在其中所起作用。結果表明:小尺寸鎳顆?？梢源龠M第二相MgNi2.5B2在更低的溫度下形成。在鎳粒度為10μm的摻雜樣品中,MgNi2.5B2相顆粒呈螺旋狀沿MgB2晶粒內部析出,進一步揭示了MgB2晶體的生長符合螺旋位錯的生長機制。臨界電流密度測試

5、表明,臨界電流密度大小與第二相顆粒的大小相關,較大的MgNi2.5B2相顆粒更容易導致臨界電流密度值的降低。
　　 利用還原法在B基體上成功制備出金屬Ni納米顆粒,通過與Mg粉的混合燒結制得了摻雜Ni納米顆粒的MgB2超導體。對前驅體粉末和MgB2樣品進行透射電鏡觀察、X-射線衍射以及超導性能測試后發(fā)現(xiàn):在B基體上形成了平均晶粒直徑為5納米的Ni納米顆粒,與大顆粒Ni摻雜相比,更能夠改善MgB2晶粒間的連接性,提高低磁場下MgB

6、2超導體的臨界電流密度值。
　　 以Ni納米顆粒作為催化劑,利用化學氣相沉積法在500℃下將甲烷分解并在B基體上沉積生成碳洋蔥及碳納米管。經過與Mg粉混合燒結得到碳摻雜的MgB2超導體,并獲得了具有較高臨界電流密度的超導試樣,結果表明:B基體中沉積的碳含量隨著通甲烷時間的延長逐漸增多,但是在1.5小時達到一個飽和值,此后的碳含量維持不變。由于碳原子層的包裹,使得Ni無法與Mg/B反應生成第二相MgNi2.5B2。但是提高的臨界電