Investigation of transport properties of superconducting MgB2/Fe wires fabricated by magnesium coating method

Abstract

Bu tez çalışmasında, fazlalık magnezyumun buharlaştırma tekniği ile ilave edilmesinin tek damarlı in-situ MgB2/Fe süperiletken bir telin akım taşıma özellikleri üzerindeki etkisini gösteren deneysel bir çalışma sunulmuştur. İlk olarak düşük miktarda fazlalık Mg (ağırlıkça < %1) özel bir buharlaştırma yöntemi ile boş bir demir borunun iç yüzeyine kaplandı ve daha sonra bu Mg kaplı boru içerisine stokiyometrik Mg + 2B öncü tozu tablet veya toz formunda doldurularak tel üretimi gerçekleştirildi. Karşılaştırma yapabilmek için fazla magnezyumun doğrudan karışım yöntemi kullanılarak dâhil edildiği teller de üretildi. Toplam Mg + 2B karışımının ağırlıkça % 1 ve % 5'i oranlarında fazladan magnezyum içerecek şekilde hazırlanan bu tellerde, fazlalık Mg stokiyometrik Mg + 2B tozuna karıştırma yöntemiyle ilave edildi ve elde edilen son karışım tüp içinde tablet yöntemi ile boş bir demir boru içerisine dolduruldu. Mg-kaplama yöntemi kullanımının nedenleri; tel boyunca az miktarda fazlalık magnezyumun düzgün bir şekilde dağılımını sağlamak ve çekirdek/kılıf ara yüzey bölgesinde Fe2B faz oluşumunu azaltmaktır. Soğuk tel çekme yöntemi ile üretilen stokiyometrik ve stokiyometrik olmayan tellerin kritik sıcaklığını, mühendislik kritik akım yoğunluğunu, n-değerini, özdirencini ve tanecikler arası bağlantılarını belirlemek için akım taşıma ölçümleri yapılmıştır. Sonuçlar, fazlalık magnezyumun MgB2/Fe telinin yapısal, süperiletken ve akım taşıma özelliklerini önemli ölçüde arttırdığını ortaya koymuştur. En önemli sonuç, Mg kaplı numunenin manyetik alan altında en iyi akım taşıma özelliklerine sahip olmasıdır. En yüksek Jce ve n değerleri, stokiyometrik olmayan teller arasında en düşük başlangıç fazlalık Mg oranına sahip Mg kaplı tel için elde edildi. Bu tez çalışmasının, dış manyetik alan altında MgB2 tellerinin kritik akım yoğunluğunu etkileyen Mg stokiyometrisi hakkındaki güncel tartışmalara katkı yapması beklenmektedir.

In this thesis, an experimental study which shows the effect of excess magnesium addition by evaporation technique on the current carrying properties of a single- core in-situ MgB2/Fe superconducting wire is presented. The initial excess magnesium was introduced by using a special evaporation technique in which a small amount of excess magnesium with <1wt. % was first coated by means of evaporation method into an empty iron tube, and then stoichiometric Mg + 2B precursor powder was packed into this Mg coated tube in powder or pellet forms. In order to make a comparison, the excess Mg was also introduced by a mixing method into the stoichiometric Mg + 2B powder in which the final mixture was packed into an empty iron tube by pellet-in-tube method again. The latter non- stoichiometric wires were prepared to contain different amount of excess magnesium with ratios 1wt. % and 5wt. % of the total Mg + 2B mixture weight. The reasons for the use of Mg-coating method are to ensure a uniform distribution of small amount of excess Mg along the wire and to reduce the formation of Fe2B in the core/sheath interface region. Transport measurements were carried out in order to determine the critical temperature, the engineering critical current density, the n-value, the resistivity and connectivity of the stoichiometric and non- stoichiometric wires produced by a cold wire drawing. The results revealed that the excess Mg significantly enhances the structural, superconducting, and transport properties of the MgB2/Fe wire. The most important result is that the Mg-coated sample has the best transport properties under the magnetic field. The highest Jce and n-values were obtained for the Mg-coated wire with the lowest starting excess Mg ratio between the non-stoichiometric wires. Discussions in this thesis are expected to make a contribution to the debates on Mg stoichiometry which influences the critical current density of MgB2 wires under the external magnetic field.