納米SiC摻雜的MgB-,2-超導(dǎo)塊材的研究.pdf

1、MgB2是一種具有39K臨界轉(zhuǎn)變溫度的新型超導(dǎo)材料。與高溫超導(dǎo)材料相比，它不存在弱連接，易于制備高傳輸電流密度的線帶材；與低溫超導(dǎo)材料相比，可以利用制冷技術(shù)達(dá)到它的臨界轉(zhuǎn)變溫度，而不必使用昂貴的液氦，這將大大降低材料的使用成本。但由于MgB2較差的磁通釘扎，相對較低的不可逆磁場(Hirr)和上臨界磁場(Hc2)，限制了其更廣泛的應(yīng)用，而摻雜改性是一種極為重要的研究手段和實(shí)用化的途徑。 本文以Mg粉、B粉和納米SiC粉為原料，通過

2、納米SiC摻雜引入釘扎中心，分別用傳統(tǒng)無壓燒結(jié)和放電等離子燒結(jié)(SPS)制備了具有高臨界電流密度的納米SiC摻雜MgB2塊材。通過XRD和SEM分別研究了制備過程中的工藝參數(shù)(燒結(jié)方式，燒結(jié)溫度，保溫時(shí)間)對塊材成份及微結(jié)構(gòu)的影響，重點(diǎn)用磁測量設(shè)備，討論了原料配比，SiC摻雜量及退火方式對塊材超導(dǎo)電性的影響，最后比較了兩種燒結(jié)方法制得的樣品密度、微觀結(jié)構(gòu)以及超導(dǎo)電性能。 研究結(jié)果表明，將Mg粉、B粉按原子比Mg:B=1.1:2和

3、5wt.％的納米SiC粉混合研磨5小時(shí)后壓塊，無論采用傳統(tǒng)無壓燒結(jié)方法，在流動氬氣中，720℃保溫1個(gè)小時(shí)，還是通過SPS技術(shù)，在氬氣保護(hù)氣氛中，800℃保溫15分鐘或在真空條件下750℃保溫15分鐘，均可合成雜質(zhì)含量較少，成份相對穩(wěn)定的摻雜MgB2塊材。對塊材的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察顯示，兩種制備方法中，隨著燒結(jié)時(shí)間的延長晶粒均有長大趨勢，但SPS方法合成的樣品均勻致密，塊材實(shí)際密度達(dá)到理論密度的90％。對SPS及傳統(tǒng)燒結(jié)合成的摻雜MgB2

4、塊材進(jìn)行超導(dǎo)電性能測試，結(jié)果顯示，兩種方法得到的摻雜塊材與純凈MgB2塊材相比其超導(dǎo)電性均大大改進(jìn)，特別是在較高外加磁場下改進(jìn)更大。在10K，0T時(shí)，SPS技術(shù)合成的摻雜塊材Jc值達(dá)到4.5×105Acm-2，是摻雜前樣品的2倍，增大外加磁場到4T時(shí)，前者是后者的6倍，并且在我們的測試范圍內(nèi)，SPS技術(shù)制得的摻雜樣品的Jc值均不同程度的高于傳統(tǒng)燒結(jié)得到的樣品的Jc值。對兩種方法制備的塊材的微結(jié)構(gòu)及超導(dǎo)性能測試進(jìn)行比較，結(jié)果表明，塊材密度

5、與超導(dǎo)電性之間存在著密切的聯(lián)系，即隨著密度的提高，塊材的Jc值也不同程度的提高，與傳統(tǒng)燒結(jié)得到的摻雜塊材相比，SPS制得的塊材密度提高了49％，相應(yīng)的在20K，4T條件下，Jc值也提高了44％。 綜上所述，通過納米SiC摻雜引入納米釘扎中心，改善了MgB2塊材的磁場性能，特別是提高了它在高場下的臨界電流密度Jc值；同時(shí)對塊材密度和Jc的關(guān)系研究表明，區(qū)別于傳統(tǒng)燒結(jié)的高壓快速短流程制備方法可得到高密度的MgB2超導(dǎo)塊材，從而有望進(jìn)