高致密度及纯度MgB2的制备与超导性能研究

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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。
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