元素掺杂二硼化镁超导体的制备及性能研究

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1、西北工业大学硕士学位论文摘要MgB2超导体的临界温度(哟高达39K，有希望在GM制冷机工作温区(20K～30K)取得实际应用。但与传统的低温超导体相比，上临界磁场(ttcz)和不可逆磁场(届，，)相对较低，而且MgB2超导体中缺乏有效钉扎中心，其临界电流密度(t，c)随外加磁场④的增加而迅速降低。如何提高MgB2超导体在高场下的Jc就成为其实际应用的关键问题。围绕提高MgB2的磁通钉扎能力及临界电流密度这一重要课题，本论文研究了原料组成、制备工艺、元素掺杂及替代对MgB2超导体的微观结构和超导性能的影响，成功的制备

2、出高乃的C掺杂MgB2长导线，为实用化MgB2线材的制备提供了理论和实验基础。首次研究了无定形碳粉末掺杂对MgB2微观结构及超导电性的影响。采用常压下固相烧结的工艺制备了MgB2．xCx(X=0．00，O．05，O．10，O．20，O．30)块材，通过x射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了不同烧结温度下所制备样品的相结构、微观结构和化学组成，用QuantumDesign物性测试仪(PPMS)钡：J试样品的临界转变温度(黝、磁滞回线(M-H)，并计算了样品的临界电流密度㈤、磁通钉扎力

3、(Fp)、上临界磁场(Hc2)以及不可逆磁场(王o)。研究结果表明在750℃／2h热处理条件下制备的无定形碳掺杂MgB2．xCx块材中，有部分碳元素进入MgB2晶格，其余部分以钉扎中心的形式存在于MgB2晶界上，起到了抑制晶粒长大即细化晶粒的作用，提高了样品的磁通钉扎能力。测试结果显示在X=0．1的碳掺杂量时，样品的超导电性得到了明显改善，在20K、3T外场下，其临界电流密度达到8x104A／cm2。系统的研究了未掺杂样品及C掺杂样品在水中的化学稳定性，发现掺c的MgB2块材水解速度相对较慢，经分析认为是由于掺杂元

4、素C部分进入到MgB2晶格中，其余部分以第二相粒子的形式存在于晶界处，减缓了晶界上的水解反应，避免了MgB2材料超导电性的退化。分别选用Fe／Cu和Nb／Cu复合管材作为包套材料，采用原位反应的粉末装管技术(in-situPIT)制备出MgB2超导体线材。分析了加工过程及热处理制度对MgB2线材的影响。研究表明，可以通过in-situPIT技术来制备具有一定长度西北工业大学硕士学位论文和强度的MgB2／Fe／Cu和MgB2／Nb／Cu线材超导体。Fe／Cu复合包套制备的线材，具有较高的致密度；Nb／Cu复合包套材料

5、具有良好的塑性加工性能，适合长线及多芯线材的加工。在MgB2超导块材优化工艺的基础上，利用原位法粉末装管工艺(in-situPIT)制备了无定形C及BloC掺杂的Fe／Cu复合包套和Nb／Cu复合包套MgB2超导线材。研究了热处理制度对于元素掺杂MgB2线材的微观结构及超导电性的影响。超导电性测试结果表明元素掺杂可以引入有效的钉扎中心，提高线材在高温和高磁场下的临界电流密度。测试结果显示BIoC掺杂的MgB2／Nb／Cu超导线材在750℃／2h热处理后，线材的磁通钉扎性能和超导电性均有所提高。20K时，MgB2／N

6、b／Cu超导线材的不可逆场达到5．2T；在20K、2T外场下，其临界电流密度达到2x104A／cm2。关键词：二硼化镁，元素掺杂，粉末装管法，微观结构，超导电性西北工业大学硕士学位论文AbstractSincethediscoveryofsuperconductivityin2001，MgB2嘶tllacriticaltemperature(哟of39Khasbeenbelievedtobeapromisingcandidateforengineeringapplicationsinthetemperaturera

7、ngeof20K一30KbyGMcryocooler．However,comparedwiththetraditionallowtemperaturesuperconductors，thecriticalcurrentdensity㈨ofMgB2islow．Moreover，MgB2oftenexhibitsarapiddecreasein五withtheincreaseofmagneticfield㈣．Therefore，thelowcriticalcurrentdensityandthepoorpinningb

8、ehaviorarethekeyproblemsthatrestricttheapplicationofMgB2superconductor．Inordertoimprovethecriticalcurrentdensity，theeffectsofrawmaterials，fabricationprocess，elementaldopingandsubst