鎳摻雜對(duì)MgB2相的形成及超導(dǎo)性能的影響.pdf

1、隨著人們對(duì)摻雜MgB2超導(dǎo)體研究的不斷深入,摻雜元素對(duì)MgB2的成相過(guò)程及超導(dǎo)性能的影響具有越來(lái)越重要的指導(dǎo)意義。本文首先采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法對(duì)純MgB2進(jìn)行燒結(jié)并確定最佳的工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,選取不同粒度的金屬Ni作為摻雜對(duì)象,結(jié)合顯微組織觀察、差熱分析技術(shù)、粉末燒結(jié)理論,熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析手段,系統(tǒng)研宄了Ni的顆粒大小對(duì)MgB2相的形成、微觀形貌以及超導(dǎo)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(zhì)碳并摻入Mg

2、B2超導(dǎo)體,試圖通過(guò)納米相的引入來(lái)增加磁通釘扎中心,以提高M(jìn)gB2的臨界電流密度值。上述研究包含的主要內(nèi)容及獲得的結(jié)論有:
　　 利用高精度差熱分析儀對(duì)Mg和B的混合粉末進(jìn)行燒結(jié)處理,并分析不同升溫速率(5、10、20和30 K/min)對(duì)MgB2相的形成過(guò)程產(chǎn)生的影響。臨界電流密度測(cè)試結(jié)果表明,以5 K/min的加熱速率燒結(jié)可以促進(jìn)MgB2在低溫下的反應(yīng)過(guò)程,進(jìn)而提高M(jìn)gB2晶粒間的連接性,改善高磁場(chǎng)下MgB2的臨界電流密度值

3、。然而,高的升溫速率(30K/min)容易導(dǎo)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(dǎo)性降低。
　　 同樣采用熱分析手段,進(jìn)一步研究了Ni摻雜對(duì)MgB2體系成相過(guò)程的影響,結(jié)果表明:在Ni摻雜的MgB2體系燒結(jié)過(guò)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(kuò)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(yīng)模型表明,MgNi2.5B2相的析出是從MgB2晶粒邊界

4、處轉(zhuǎn)至晶粒內(nèi)部。
　　 實(shí)驗(yàn)選取不同粒度的金屬鎳粉對(duì)MgB2超導(dǎo)體進(jìn)行摻雜,通過(guò)研究粒度對(duì)MgB2的成相過(guò)程以及化學(xué)成分的影響,進(jìn)一步比較不同條件下超導(dǎo)性能的變化,以研究第二相顆粒大小在其中所起作用。結(jié)果表明:小尺寸鎳顆?？梢源龠M(jìn)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(nèi)部析出,進(jìn)一步揭示了MgB2晶體的生長(zhǎng)符合螺旋位錯(cuò)的生長(zhǎng)機(jī)制。臨界電流密度測(cè)試

5、表明,臨界電流密度大小與第二相顆粒的大小相關(guān),較大的MgNi2.5B2相顆粒更容易導(dǎo)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(guò)與Mg粉的混合燒結(jié)制得了摻雜Ni納米顆粒的MgB2超導(dǎo)體。對(duì)前驅(qū)體粉末和MgB2樣品進(jìn)行透射電鏡觀察、X-射線衍射以及超導(dǎo)性能測(cè)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(chǎng)下MgB

6、2超導(dǎo)體的臨界電流密度值。
　　 以Ni納米顆粒作為催化劑,利用化學(xué)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(jīng)過(guò)與Mg粉混合燒結(jié)得到碳摻雜的MgB2超導(dǎo)體,并獲得了具有較高臨界電流密度的超導(dǎo)試樣,結(jié)果表明:B基體中沉積的碳含量隨著通甲烷時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增多,但是在1.5小時(shí)達(dá)到一個(gè)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(wú)法與Mg/B反應(yīng)生成第二相MgNi2.5B2。但是提高的臨界電