Electrical and structural characterization of metallic superconductor MgB2

Abstract

oz Üstüniletkenlik özelliği yeni keşfedilen MgB2'nin tel haline getirilmesi için kırılganlığı sebebi ile özel tekniklerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada Mg ve MgB2 içeren metal matris kompositler tek eksenli sıcak presleme yöntemi kullanılarak 0.5 GPa basınç altoda üretildi. Üretim aşamasında örneklerin bazıları 400 °C ısıl işleme maruz bırakılırken, geri kalanlarına 500 °C de ısıl işlem uygulandı. Her iki ısı grubundaki örneklerden bir tanesi sadece ticari MgB2 tozu kullanılarak hazırlanırken diğerleri %5'i, %10'u, %15'i ve %20'si oranında Mg katkısı ile elde edildi. X-ışını sonuçları, eklenen fazla Mg'nin elde edilen örnekler içinde reaksiyona girmeden saf halde kaldığını göstermektedir ki bu bizim metal matris komposit elde etmek için istediğimiz bir durumdun SEM ve EDX yöntemleri kullanılarak yapılan mikroyapısal incelemeler, MgB4, MgB6 ve MgO gibi ikincil fazların örnekler içinde az miktarlarda var olabileceğini göstermiştir, örneklerdeki MgB4 ve MgB6 fazlan muhtemelen ticari MgB2 tozundan kaynaklanırken, MgO miktarı ısıl işlem sonucu eklenen fazla Mg'nin oksitlenmesi sonucu artmış olabilir. Mikroyapısal çalışmalar elde edilen kompositlerin boşluklu bir yapıya sahip olduğunu gösterdi. Her örneğin özdirencinin sıcaklığa göre değişimini dört nokta tekniği kullanılarak 1 mA, 5 mA, 10 mA, 50 mA ve 100 mA için ölçüldü. 10 mA orta nokta kritik sıcaklığının değişik hazırlama koşullarına bağlı olarak 22,67 ile 32,50 arasında değişen değerler aldığı görüldü. Mevcut bulunan verile 500 °C'de ısıl işlem gören örnekler için %15 ile %20 arasındaki bir değere ulaşıncaya kadar artan Mg miktarı ile üstüniletkenlik kritik sıcaklığının arttığını ve kritik akımın 400 °C'de ısıl işlem görmüş örneklere göre daha büyük değerler aldığına işaret etmektedir. 400 °C de ısıl işlem görmüş örneklerde kritik sıcaklık fazla Mg miktarı MgB2 ağırlığının %10'u civarında bir değere ulaşıncaya kadar saf tabletlere göre artmıştır.

ABSTRACT The brittleness of recently discovered superconductor MgB2 requires novel technique to prepare them as a superconducting wire. In this study, the metal matrix composites consisting of Mg and MgB2 were fabricated by uniaxial hot pressing with a pressure application of 0.5 GPa. While some of the composite pellets was exposed to a heat treatment at 400 °C, the other samples prepared by a heat treatment at 500 °C. One of the samples in each group was a pure pellet of commercially available powders and the others include excess Mg with 5wt %, lOwt %, 15wt % and 20wt % of the MgB2 powders in the pure pellets. X-ray results illustrate that the initial excess Mg consitutient is still present in the final metal matrix composite in unreacted form, which is what we wanted. Microstructural studies performed by SEM and EDX indicate the possible presence of secondary phases like MgB4, MgB6 and MgO in very small amounts. While the MgB4 and MgB6 probably originated from the initial commercial MgB2 powder, the concentration of MgO might be increased with the heat treatment. Microstructural studies also point out that all the composites exhibited a porous structure with no significant amount of secondary phases. The temperature dependence of resistivity was measured for each sample with an application of 1 mA, 5 mA, 10 mA, 50 mA and 100 mA by four-point measurement technique. The midpoint critical temperatures at 10 mA were found in a range between 22.67 and 32.50 different sample preparation conditions. Present data imply a possible improvement in superconducting transition temperature of sample annealed at 500 °C with increasing Mg concentration up to some value between 15% and 20%, and an increase in critical current relative to samples annealed at 400 °C. For the samples prepared with lower heat treatment, there is an improvement in superconducting critical temperature up to an excess Mg concentration around 10% weight of the constituted MgB2 powder. IV