Microstructural, electrical and mechanical properties of MgB2/Mg metal matrix composites

Abstract

oz 2001 yılında keşfedilen MgB2 39 K gibi göreceli olarak yüksek bir geçiş sıcaklığına sahip olması nedeniyle oldukça fazla ilgi çekmiştir. Bununla birlikte, basit kristal yapıya sahip olması, geniş koherens uzunluğuna sahip olması, yüksek kritik akım (Jc) değerleri ve kritik alan (BC2) değerlerine sahip olması bu malzemeyi üstüniletken tel üretimi için oldukça umut verici bir malzeme olarak düşünülmesini sağlamıştır. Fakat MgB2 tek basma üstüniletken tel üretimi içinuygun bir malzeme değildir. Bu çalışmada MgB2/Mg kompozitlerin, üstüniletken tel gibi uygulamalarda kullanılabilirliği araştırılmıştır. Tüp içinde toz yöntemi gibi geleneksel tel üretimi metodlanna bir alternatif olan metal matris kompozit üretimi tekniği kullanılarak MgB2/Mg kompozitler hazırlanmıştır. Üstüniletken kompozitler, MgB2 ve Mg tozları çeşitli kütle oranlarında karıştırılarak 1 GPa ve 0.5 GPa basınçlar altmda çelik bir kalıpta değişik sıcaklıklarda hava ortamında 2 saat ısıl işleme tabi tutularak üretilmiştir. Üretilen MgB2 /Mg kompozitlerin mikroyapıları ve faz tanımlamaları XRD, SEM ve EDX teknikleri kullanılarak karekterize edilmiştir. Üstüniletken kompozitlerin elektriksel ve manyetik özellikleri sıcaklığa bağlı özdirenç ve manyetizasyon ölçümleri yapılarak belirlenmiştir. Sıcaklığın kompozitlerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir bu amaçla kompozitlerin zor - zorlanma davranışı incelenerek kırılma zor değerleri belirlenmiştir. Örnek hazırlama sıcalığının, basmcm ve Mg katkısının kompozitlerin mikroyapısal, elektriksel, manyetik ve mekanik özellikleri üzerinde önemli miktarda etkisinin olduğu belirlenmiştir.

ABSTRACT The recent discovery of superconducting MgB2 (2001) has risen a great interest because of its relatively high Tc (39 K). Furthermore, simple crystal structure, large coherence lengths, high critical current densities (Jc) and critical fields (BC2), promise that Mgl$2 will be a good material for large-scale applications based on production of superconducting wires. However, MgB2 is not a stand-alone material to produce wires because of its brittle nature. The potential of MgB2/Mg composites for producing superconducting wires, is investigated. MgB2/Mg composites were prepared using metal matrix composite fabrication technique, which is an alternative to conventional wire fabrication methods such as powder in tube. MgB2 and Mg powders were mixed at different weight fractions and uniaxially pressed in a cylindrical dye under the pressure of 0.5 GPa and lGPa for two hours at different temperatures in the air. X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Electron Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) techniques were used for phase identification and microstructural studies. D.C resistivity measurements were carried on the pellet segments of the MgB2/Mg composites in the temperature range 20-300 K. Magnetization measurements were done on the composites using a vibrating sample magnetometer to characterize the magnetic properties of the samples. The effects of pressing temperature on the mechanical properties of MgB2/Mg composites were also investigated. For this purpose, compressive mechanical testing were performed to measure elastic modulus and strength at failure values of the composites. It was found that the relative weight fractions of Mg and the pressing temperature have some considerable effect on the electrical, magnetic, microstructural and the mechanical properties of the composites. IV