Fabrication and characterization of MgB2 powders and Cu-Clad MgB2 wires

Abstract

Adı-Soyadı: Mert YAVAOkul: zmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüAnabilim Dalı: FizikProgramı: Fizik (Yüksek Lisans)Tez Ba lı ı: MgB2 Tozların ve Bakır Kılıflı MgB2 Tellerin Üretimi veKarakterizasyonuÖZET2001 yılında MgB2 (39K) nin yeni bir üstüniletken olarak ke fi, üstüniletkenlikuygulamaları açısından umut verici olmu tur.Bu çalı manın ilk bölümünde elementer B, B2O3 ve Mg un 800ºC de Argonatmosferinde tepkimeye sokulması ile elde edilmi tir. EDX sonuçları elde edilen B un,%93 saflıkta oldu unu ve ana safsızlık olarak Mg un bulundu unu ortaya koymu tur.Elde edilen B ve Mg 900ºC Ar atmosferinde, katı hal reaksiyonuna sokularak MgB2üretilmi tir. MgB2 tozları 500ºC de 1 GPa basınç altında preslenerek tabletedönü türülmü tür ve elektriksel karakterizasyonu kapalı devre cryopump sistemi ile20 ve 300K arasında yapılmı tır ve tabletin Tc onset de erinin 32K civarında oldu ugörülmü tür.kinci bölümde, farklı a ırlık oranlarında C, MgB2 ye eklenmi ve 500ºC de 1GPa basınç altında basılmı tır. Direnç-Sıcaklık ölçümleri göstermi tir ki,üstüniletkenlik geçi sıcaklı ı, artan C yüzdesi ile artmaktadır.Üçüncü bölümde, MgB2 ve Mg tozlarının karı ımı, Cu tüpler içerisineyerle tirilmi ve daha sonra tüp içinde tel yöntemi kullanılarak MgB2/Mg kompozitteller hazırlanmı tır. XRD, EDX ve SEM kullanılarak yapılan mikroyapısalçalı malar, Cu kılıf ile üstüniletken merkez arasındaki arayüzeyde, merkezden Mgdifüzyonu sebebiyle MgCu2 katmanının olu tu unu ve fazlalık Mg un Cu ile MgB2arasındaki ba ka bir reaksiyonu engelledi ini ortaya koymu tur. Direnç-Sıcaklıkölçümleri, fazlalık Mg un kritik sıcaklık üzerindeki etkisini gözlemlemek üzereyapılmı tır. Fazlalık Mg un 400ºC de 2 saat tavlanmı örneklerde daha iyi sonuçlargösterdi i bulunmu tur.

Name: Mert YAVASchool: zmir Institute of TechnologyDepartment: PhysicsMajor: Physics (Master)Title of Thesis: Fabrication and Characterization of MgB2 Powders and Cu-Clad MgB2 WiresABSTRACTIn 2001, a new superconducting material, MgB2 (39K), which raised new hopesfor electrical power applications due to its superior superconducting properties wasdiscovered.In the first part of this study, elementary B is obtained by reacting B2O3, andMg in Argon atmosphere at 800ºC. EDX results revealed that the powder obtainedwas Boron in 93% purity with Mg as a major impurity. MgB2 is produced fromacquired B and Mg in Ar atmosphere at 900ºC by a conventional solid-state reaction.MgB2 powders were pressed to a pellet at 500ºC at 1 GPa. Microstructural propertiesof MgB2 were determined by XRD, EDX, and SEM techniques. Electrical properties offabricated MgB2 were analyzed by resistivity measurements with closed-cyclecryopump system between 20 and 300K. It is found that the Tc onset value of the pelletis around 32K.In the second part, different weight ratios of C is added to commercial MgB2and pressed at 500ºC at 1 GPa. R-T measurements revealed that transitiontemperature increases with an increase in the C addition concentration.In the third part, MgB2/Mg composite wires were prepared by packing blend of MgB2and Mg powders inside Cu tubes using PIT method. The microstructure studies usingXRD, EDX and SEM techniques showed that MgCu2 layer forms at the interfacebetween Cu sheath and core because of Mg diffusion from superconducting core, andexcess Mg prevents further reaction of Cu with MgB2. R-T measurements wereperformed to investigate the influence of excess Mg on Tc. The effect of annealingshowed that excess Mg gives better results at annealing temperature of 400ºC for 2hours.