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新近发现的MgB2超导体的转变温度为39K,自发现以来在材料、物理、化学等多个学科领域引起了广泛的关注。目前世界很多实验室和研究小组针对MgB2超导体进行了大量的研究,并取得了很大的成果,但是对MgB2的相变过程研究较少。本文用自蔓延法合成MgB2超导体,并用淬熄的方法对MgB2超导体掺杂SiC,C的相变过程进行研究,为MgB2超导的实用化提供理论和实验参考。
通过研究表明:Mg—B体系随着预热温度的升高,反应体系的绝热温度也升高;绝热温度Tad=1614K时,在点燃反应之前需要预热,且预热温度不能低于501K;并得出从298K到2000K的温度范围内MgB2、Mg2Si、CB4和MgB4的生成反应Gibbs自由能变值均为负值,且MgB4的自由能变负值较大,反应较易发生,因此必须控制合成条件,保证合成过程中足够的Mg的量,避免非超导MgB4的生成;同时,分析和实验结果给出了固—液相反应机制是最理想。
制备MgB2超导体的方法有很多,这些方法一般要求600℃-900℃,保温1-48小时。本文报道用自蔓延法(SHS)法合成MgB2超导体,该方法工艺简单,结果表明虽然样品中含有少量的MgO杂质,但是样品主相为MgB2,样品的致密度较低,为层状结构,层与层之间有空洞,每层由颗粒状晶粒组成,颗粒大小在2υm~5μm之间,样品的临界温度可达38.45K,临界电流密度Jc=1.60x106A/c㎡(10K,0.5T)与其他方法合成的样品的临界温度相近。
我们进一步用(SHS)法合成MgB2超导体的相成分影响较大的是Mg粒度的大小、预热温度和预热速率。研究结果显示:随着Mg粒度的减小,绝热温度增大,同时导致合成产物出现烧结现象;预热速率的快慢对绝热温度没有影响,但对产物的致密度有影响,且预热速率越慢产物越致密:
最后用淬熄的方法对MgB2超导体进行了掺杂相变过程的研究。在研究掺杂SiC、C相变过程时发现:在527℃~650℃时,少量Mg和B固体颗粒间以扩散方式发生固.固扩散反应生成MgB2;在650℃~700℃时,Mg颗粒开始熔化,Mg周围的B不断固溶到Mg液相中并发生剧烈的液—固放热反应生成MgB2;在700℃~750℃时,掺杂的SiC大部分与MgB2反应生成Mg2Si,同时有一部分C原子进入到MgB2取代B原子,同时少量的MgB2分解生成MgB4和Mg。由于反应时间短,温度梯度大,少量液相Mg还来不及扩散又重新结晶。通过对MgB1.95C0.05超导块材XRD图谱的(101)峰进行了分离和SEM照片分析,650℃时生成的MgB2的(101)峰向右方向漂移,2θ角偏移量约为0.2°左右,表明有部分C元素开始进入到MgB2晶格,其余C元素存在于晶界位置,以杂相的形式存在于MgB2的晶界中并改善MgB2的超导电性,c轴方向的晶格常数未发生变化。