高致密度及纯度MgB2的制备与超导性能研究

摘要

MgB2超导体因其独特的优异性能，使得其具有广阔的应用前景，在某些领域有望能够取代传统的应用超导材料。致密度和纯度对于制备高性能MgB2超导材料起着重要的影响因素，也是提高临界电流密度的关键。本文采用了热压法、扩散法来获得高致密度和纯度的MgB2超导体，通过引入不同添加物来提高临界电流密度和磁通钉扎力：　　采用热压法烧结制备MgB2块体材料，研究热压烧结过程中不同的烧结压力和温度对MgB2块材微观结构和超导性能的影响，结果发现孔洞的存在得到有效的抑制，致密度和纯度相对于传统的原位法制备的样品得到了提高，对应的临界电流密度在一定程度上也相应的改善。　　在热压法制备块材的基础上，改变不同热压烧结温度制备MgB2线材，烧结过程中压力的作用促使了线材的致密化，在低温烧结时生成了更加细小的晶粒，提供了更多的晶界数量，从而外加磁场下临界电流密度更好。不同烧结温度下样品的约化钉扎力标度曲线中，表明晶界钉扎是作为主要钉扎中心。　　选择添加MgB4改进热压烧结工艺，研究了MgB4不同添加量对MgB2超导块材微观结构和超导性能的影响，随着MgB4添加量的增加，MgB2的晶格参数和超导转变温度几乎没有受到影响，样品致密化程度提高。在整个外加磁场下相对于未添加的样品，MgB4添加导致生成了更细小的MgB2晶粒，晶界钉扎作为主要的钉扎中心，提高了磁场下的钉扎力，从而临界电流密度得到改善，添加量在3wt%时得到最佳的Jc值。　　采用超声预处理硼粉改进扩散法工艺来制备MgB2超导块材，发现超声预处理前后晶体结构几乎没有发生变化，超导转变温度没有受到影响，而预处理之后得到的样品表面更加平整致密，临界电流密度也得到提高。Jc提高是由于硼粉预处理之后得到的样品具有更致密的结构，增加了有效载流面积和晶粒连接性。　　通过在预处理硼粉的基础上，研究不同石墨烯添加量对扩散法制备的MgB2块材超导性能的影响，发现所有样品表面形貌致密均匀，没有明显的孔洞出现。随着石墨烯量增加，MgB2晶格参数a轴变化很小而c轴几乎不变，表明晶格受到破坏很小，转变温度也略微有所下降。MgB2样品的Jc值较未添加石墨烯的样品都有所提高，Jc的提高与样品磁通钉扎力大小有关，根据约化钉扎力曲线发现晶界钉扎作为主要的钉扎机制。

目录

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2.1 基本组成

1.2.2 晶体结构与电子结构

1.2.3 超导性能

1.2.4 应用前景

1.3 MgB2超导材料的主要制备方法及发展现状

1.3.1 先位法与原位法

1.3.2 扩散法

1.3.3 热压法

1.4 目前MgB2超导材料研究中存在的主要问题

1.5 本文主要研究内容

第二章 MgB2的样品制备与表征手段

2.1 样品制备

2.1.1 热压法制备

2.1.2 扩散法制备

2.2 表征手段

2.2.1 X射线衍射分析（XRD）

2.2.2 扫描电子显微分析（SEM）

2.2.3 磁性能测试分析

第三章 热压法制备MgB2块材和线材

3.1.1 实验

3.1.2 结果及讨论

3.2.1实验

3.2.2 结果及讨论

3.3 热压法制备MgB2线材

3.3.1 实验

3.3.2 结果及讨论

3.4 本章小结

第四章 MgB4不同添加量对热压制备 MgB2块材超导性能的影响

4.1 实验

4.2 结果及讨论

4.3 本章小结

第五章 超声预处理前驱粉对扩散法制备的 MgB2 块材超导性能的影响

5.1 实验

5.2 结果及讨论

5.3 本章小结

第六章 添加石墨烯对预处理 B 粉制备的 MgB2块材超导性能的影响

6.1 实验

6.2 结果及讨论

6.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

申请中国发明专利