The diffusion of iron (Fe) in the superconducting MgB2 polycrystalline samples
Küçük Resim Yok
Tarih
2016
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu tezin asıl amacı MgB2 süperiletken külçe örneği içerisinde Fe difüzyonunun araştırılmasıdır. Demir difüzyonu farklı tavlama sıcaklıklarında farklı ısıl işlem süreleri için gerçekleştirildi. Fe difüzyonu için 50 micrometre kalınlığında Fe tabakası vakum altında metal buharlaştırmayla MgB2 üzerine kaplandı. Bu tezin kapsadığı deneysel çalışmalar iki kısma ayrılır. İlk bölümde, süperiletken MgB2 külçe örneklerde Fe difüzyon 650-900C sıcaklığı aralığında 1 saat ısıl işlem uygulanarak çalışılmıştır. Prenslenmiş ama hiçbir ısıl işlem yapılmamış (Set 1N) örnekler ile preslenmiş ve 800C'de 1 saat ısıl işlem yapılmış (Set 1S) olmak üzere iki set külçe MgB2 tabletler üzerine Fe kaplaması yapıldı. Fe difüzyonunun MgB2 kristal yapısı ve süperiletken özellikleri üzerine etkileri X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), kızılötesi spektroskopi (IR) ve özdirenç ölçümleri ile incelenmiştir. Her iki set malzemeler için demir difüzyon katsayısı c örgü parametresi ve oda sıcaklığı özdirenç değerleriyle hesaplandı. Bu sıcaklık aralığında demir difüzyonu katsayısının sıcaklığa bağlılığı Arrhenius denklemiyle tanımlandı. Beklendiği gibi tavlama sıcaklığının artmasıyla Fe difüzyon katsayısının arttığı bulunmuştur. Malzemeye demir difüzyonu sayesinde süperiletkenlik özellikler ve micro yapısında gözlenen iyileşmeler tartışılmıştır. İkinci kısımda, kaplama işlemi 800C'de 1 saatlık ilk sinterlemeli (Set 2S) ve ilk sinterlemesiz (Set 2N) külçe örneklere yapıldı. MgB2 süperiletken malzemeye demir difüzyonu 900C de 15 dakika, 30 dakika, 1 saat, 2 saat, 4 saat ve 8 zaman aralıklarında çalışıldı. Birinci kısıma benzer olarak, MgB2'nin kristal yapısı ve süperiletkenlik özelliklerine demir difüzyonu etkisi XRD, SEM ve özdirenç ölçümleriyle araştırılmıştır. Tavlama işlemi için Fe difüzyon katsayısı c örgü parametresi ve oda sıcaklığı özdirenç değerleriyle hesaplandı. Beklendiği gibi tavlama zamanının artmasıyla Fe difüzyon katsayısının azaldığı bulunmuştur. Sonuç olarak difüzyon katsayısının artan sıcaklıkla artması ve artan ısıl işlem süresi ile azalması süperiletken MgB2 malzemelerin ısıl işlem uygulamalarında dikkate alınmalıdır. Yüksek kaliteli süperiletken külçe, tel/şerit üretiminde düşük sıcaklık ve geniş zaman aralığında ısıl işlem yapılmalıdır.
The main objective of this thesis is to investigate iron (Fe) diffusion into the MgB2 superconductor bulk samples. Diffusion of Fe has been performed at different sintering temperatures for different sintering time durations. For Fe diffusion, a 50 micrometer thick Fe layer was coated on MgB2 by metal evaporation in vacuum. Experimental studies of this thesis are divided in to two parts. In the first part, the Fe diffusion in superconducting MgB2 bulk samples has been studied over the temperature range of 650-900C for 1 hour. Fe coating was made on two sets of pelletized bulk samples; either after initial sintering at 800C/1h (Set 1S) or without initial sintering (Set 1N). Effects of Fe diffusion on the crystal structure and superconducting properties of MgB2 have been investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR) and resistivity measurements. Fe diffusion coefficients were determined for both sets from values of lattice parameter c and room temperature resistivity. The temperature dependence of the Fe diffusion coefficient in this temperature range is described by the Arrhenius relation. It has been found that the Fe diffusion coefficient increases with increasing sintering temperature, as expected. The plausible explanations for the observed improvement in microstructure and superconducting properties of the samples due to Fe diffusion are discussed. In the second part, coating process was made on two sets of samples; either after initial sintering at 800C/1h (Set 2S) or without initial sintering (Set 2N). The Fe diffusion in both sets of superconducting MgB2 samples has been studied over the time range of 15 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours and 8 hours at 900C. Similar to the first part, effects of Fe diffusion on the crystal structure and superconducting properties of MgB2 have been investigated by XRD, SEM and resistivity measurements. Fe diffusion coefficients for sintering process were determined from lattice parameter c and room temperature resistivity values. It has been found that the Fe diffusion coefficient decreases with increasing sintering time, as expected. Finally, since diffusion coefficient increases with increasing annealing temperature and decreasing annealing time, heat treatment processes for superconductor should be re-considered in the light of these findings. High quality superconductors in the forms of bulk, wire and tape may be produced by sintering at lower temperatures for longer durations if other parameters are optimized.
The main objective of this thesis is to investigate iron (Fe) diffusion into the MgB2 superconductor bulk samples. Diffusion of Fe has been performed at different sintering temperatures for different sintering time durations. For Fe diffusion, a 50 micrometer thick Fe layer was coated on MgB2 by metal evaporation in vacuum. Experimental studies of this thesis are divided in to two parts. In the first part, the Fe diffusion in superconducting MgB2 bulk samples has been studied over the temperature range of 650-900C for 1 hour. Fe coating was made on two sets of pelletized bulk samples; either after initial sintering at 800C/1h (Set 1S) or without initial sintering (Set 1N). Effects of Fe diffusion on the crystal structure and superconducting properties of MgB2 have been investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR) and resistivity measurements. Fe diffusion coefficients were determined for both sets from values of lattice parameter c and room temperature resistivity. The temperature dependence of the Fe diffusion coefficient in this temperature range is described by the Arrhenius relation. It has been found that the Fe diffusion coefficient increases with increasing sintering temperature, as expected. The plausible explanations for the observed improvement in microstructure and superconducting properties of the samples due to Fe diffusion are discussed. In the second part, coating process was made on two sets of samples; either after initial sintering at 800C/1h (Set 2S) or without initial sintering (Set 2N). The Fe diffusion in both sets of superconducting MgB2 samples has been studied over the time range of 15 minutes, 30 minutes, 1 hour, 2 hours, 4 hours and 8 hours at 900C. Similar to the first part, effects of Fe diffusion on the crystal structure and superconducting properties of MgB2 have been investigated by XRD, SEM and resistivity measurements. Fe diffusion coefficients for sintering process were determined from lattice parameter c and room temperature resistivity values. It has been found that the Fe diffusion coefficient decreases with increasing sintering time, as expected. Finally, since diffusion coefficient increases with increasing annealing temperature and decreasing annealing time, heat treatment processes for superconductor should be re-considered in the light of these findings. High quality superconductors in the forms of bulk, wire and tape may be produced by sintering at lower temperatures for longer durations if other parameters are optimized.
Açıklama
Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
