MgB_2超导体相纯度和微观结构的研究

【摘要】： MgB_2超导体是转变温度为39K的第二类超导体,自2001年被发现以来在基础研究领域和应用研究领域都引起了世界广泛的关注,其原因就在于MgB_2的一些优点,如结构简单、相干长度长、临界电流密度高、晶界对电流的透明度等。 制备相纯度较高的块材是制备实用化超导材料的前提和基础。本研究从热处理工艺参数出发,研究了其对所形成的MgB_2的纯度和微观结构的影响。借助于现代分析检测仪器,对Mg-B的合成及工艺进行改进,如用不锈钢做套管的简化粉末套管技术、利用网带状结构(铜带、铜网、不锈钢网)来增强其机械性能,同时分析其对所得式样的纯度和结构的影响。 研究结果表明:采用原子配比为Mg:B = 1:2的混合粉末在充分研磨混合后,直接在650°C下保温2小时即可获得较为纯净的MgB_2粉体。在用不锈钢做套管的粉末套管技术中,省略了旋锻这一工序,但是其致密度仍然得到了保证,同时也获得了纯度较高的MgB_2。而在利用网带状材料时,铜带和铜网的XRD图谱都显示Cu未进入MgB_2晶格中替代Mg,而主要是以合金的形式存在于烧结体中,一方面其存在于MgB_2相中,阻碍MgB_2晶粒间的连通性;另一方面可以作为新的钉扎中心,提高超导性能。而在利用不锈钢网的合成工艺时,MgB_2在网孔中形成,以此作为新的合成工艺将会提高材料的机械性能,并能有效的降低弱连接对其性能的影响。 MgB_2在制备过程中必须防止保温过程中Mg的氧化和挥发以及高温时MgB_2的分解,因此其工艺都必须要在氩气流保护气氛下进行。 致密度对于MgB_2的性能有着重要的意义,原因就在于高孔隙率会降低其超导性能。本实验中滚扎(PIT方法中)和二次烧结工艺都能够提高其致密度。