Fabrication and investigation of Fe/MgB2 superconducting wires and racetrack coils

Bu tezde, çeşitli MgB2/Fe tellerin üretimi ilgili çekme işleminin bazı problemlerini çözmek için uğraştık ve uygun tekniklerle çekme işlemini geliştirdik. Tek – çok damarlı süperiletken MgB2/Fe telleri ve şeritleri ex-situ veya in-situ reaksiyon eşliğinde orjinal doldurma yöntemleriyle tüp içine toz metodu kullanılarak ürettik. Daha sonra ısıl işlem sıcaklığı, süresi ve başlangıç doldurma yoğunluğu ara ısıl işlem ile üretilmiş çeşitli çaplardaki tekçok damarlı MgB2/Fe tellerin MgB2 fazının oluşumu, kritik geçiş sıcaklığı, kritik akım yada kritik akım yoğunluğu, iç ve geometrik yapısı, yoğunluğu, özdirençi, kritik alan ve sıcaklığa bağlı üst manyetik alan üzerindeki etkisini çalıştık. Elde edilmiş olan tek gözenekli Fe/MgB2 1.90 ve 1.00 mm çapındaki tellerimiz süperiletken özelliğini kazandırmak için 3 bölmeli boru fırınımızda 800-900C aralığında 1 saat süreyle 5-10 bar argon basıncı altında ısıl işlem yapıldı. Manyetik alan altındaki kritik akım yoğunluğu açısından daha iyi super iletken özellikleri elde etmek için en uygun ısıl işlem sıcaklığı tek damarlı telin çapıyla ilişkilidir. Aynı ısıl işlem süresine ait tellerde en uygun sıcaklık 1.00 mm tel için 850 derece iken 1.90 mm tel için 900 derecedir. Ayrıca elde edilmiş tekdamarlı 1.00 mm tellerimizde mekanik deformasyonun, presleme öncesi ve sonrasında yapılan ısıl işlemin (800-1000C / 1 saat), mikroyapıda ve taneciklerin bir araya tutunmasındaki etkisini çalıştık. Presleme sonrası ısıl işlem mikroyapı ve parçacıklar arası kuvveti arttırdı. Bundan başka, üretilmiş olan çok damar (18+1) MgB2/Fe 1.00 mm çaplı tellerimiz 700-850C 1 saat ve 2 saat ısıl işlem süresiyle aynı şartlar altında tavlandığında, uygulamalarda süperiletkenler için en önemli özelliklerden biri olan uygulanan manyetik alan altında kritik akım değeri açısından çok damarlı telimiz için en uygun sıcaklık 700C ve süre 1 saat bulundu. Bük ve reaksiyonu gerçekleştir prosesiyle küçük çaplı tek ve çok damarlı tellerin bükme açısını düz tel ile karşılaştırarak inceledik. Bu tezde üretilmiş olan süperiletken teller XRD, SEM, EDS, taşıma Jc ve manyetik özdirenç ölçümleriyle karakterize edildi. Başlangıç boru doldurma yoğunluğunun bir fonsiyonu olarak demir (Fe) kılıflı in-situ MgB2 tekdamarlı tellerin üretimi boru içine pellet metoduyla başlangıç doldurma yoğunluğunun artması Fe/MgB2 tellerin kritik akımını geliştirildiği ve Ic (4.2 K) = 140 A , B = 5 T manyetik alan altında başarıldığını gösteriyor. Daha sonra, sıcak izostatik presleme ile 1.1 GPa basınç yüksek alandaki (6-12 T) Tc belirgin olarak arttırıyor, tersinmez ve üst krtitik alanı geliştiriyor ve 4.2 K ve 20 K deki Jc yaklaşık 3 kat arttırıyor. Bundan başka eşit miktarda amorf ve amorf nano bor'un karışımı tellerin kritik akımını 3 T manyetik alanda Ic>150 A değerine ulaştırdı. Sırasıyla presleme ve ardışık ısıl işlem ile aşırı mekanik deformasyon tek damarlı ısıl işlem görmüş MgB2/Fe telin mikro yapı, tanecik bağlılığını ve transport özelliklerini geliştirdi. Sonuç olarak, manyetik alan altındaki kritik akım değeri yüksek olan tek damarlı tellerimizi kullanarak in-situ çok damarlı (18+1) teller elde edildi ve bu çok damarlı MgB2/Fe tellerimizin düşük alanlarda yüksek kritik akım sahip olduğunu gözlemledik. Bük ve reaksiyonu gerçekleştir prosesinde bükme çapı, küçük çaplı tek ve çaplı çok damarlı süperiletken tellerin özelliklerini belirgin şekilde etkilemedi. Uygun ısıl işlem sıcaklığı tellerin çapına bağlıdır. Yaklaşık 25 m uzunluğundaki tek ve çok damarlı MgB2/Fe tellerin parçaları sararak dört parkur tipi bobin yapıldı. Bobinlerin taşıma akımı ve bir tanesinin merkezinde üretilen manyetik alan 4.2 K (sıvı helyum) sıcaklığında test edildi.