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超导材料MgB_2的燃烧合成及结构转变研究

作者：王明景 Publish: 2006-8-10 Hits:-

【中文题名】

超导材料MgB_2的燃烧合成及结构转变研究

【英文题名】

The Research on Synthesis and Mechanism of Combustion Synthesis of Superconductor MgB_2

【学科专业】

材料学

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2006-8-10

【中关键词】

燃烧合成,超导材料,MgB_2,热力学,绝热温度,燃烧波淬熄法

【英关键词】

combustion synthesis,superconductor,MgB_2,thermodynamics,adiabatic temperature,combustion front quenching method,reaction mechanism,

【分类导航】

工业技术>电工技术>电工材料>超导体、超导体材料>>

【论文摘要】

燃烧合成方法以其独特的优点成为制备化合物及复合材料的新技术。然而,由于燃烧合成方法本身反应迅速难以控制、合成温度高以及Mg—B独特的体系,对其反应过程及结构形成机理知之甚少。因此,研究自蔓延燃烧合成MgB_2的形成机理,无论从自蔓延燃烧合成(SHS)方法本身的完善还是从MgB_2超导材料的广泛应用前景来讲都具有重要意义。本文针对Mg—B弱放热反应体系从热力学及结构宏观动力学两个方面进行了较为全面的研究。通过对理想状态下反应绝热温度的计算,明确了体系的预热温度与绝热温度的关系。以Mg粉和B粉为原料,采用自蔓延燃烧合成方法和热爆燃烧合成方法成功地制备出MgB_2块材超导材料,并对其反应过程进行了比较,明确了两种模式制备MgB_2的不同工艺要求。探讨了热爆反应制备MgB_2的不同工艺参数对产物相组成及组织形貌的影响,主要包括预热温度、预热速度、压坯压力、Mg粉粒度及保温时间等。总结了燃烧合成制备MgB_2的参数优化方案。对于热爆燃烧合成MgB_2我们提出了熔化—溶解一析出机制:只有在Mg粉熔化以后,热爆燃烧合成反应才会发生生成MgB_2。采用添加引燃剂(Al—Ti—C)的方...

【论文题纲】

摘要	8-9
Abstract	9-11
第1章绪论	11-32
1.1 研究Mg-B体系的意义	11
1.2 研究现状	11-15
1.2.1 MgB_2粉体的制备	12
1.2.2 MgB_2块材的制备	12-13
1.2.3 MgB_2薄膜的制备	13-14
1.2.4 MgB_2带(线)材的制备	14-15
1.3 自蔓延燃烧合成方法的理论基础	15-22
1.3.1 燃烧合成与固体火焰	15-18
1.3.2 燃烧合成基本原理和特点	18
1.3.3 SHS热力学理论	18-20
1.3.4 点燃方式	20-21
1.3.5 燃烧模式	21-22
1.3.6 结构宏观动力学	22
1.4 燃烧合成机理研究方法的现状	22-26
1.4.1 燃烧特征推测法	23
1.4.2 过程激活能法	23-24
1.4.3 特征点分析法	24
1.4.4 实时X射线衍射法(Time-Resolved X-Ray Diffraction，缩写为TRXRD)	24-25
1.4.5 燃烧波淬熄法(Combustion Front Quenching Technique，缩写为CFQT)	25-26
1.5 燃烧合成机理研究进展	26-30
1.5.1 关于TiC燃烧合成机理	26-28
1.5.2 关于NiAl燃烧合成机理	28-30
1.6 课题开展的内容及意义	30-32
1.6.1 研究内容	30
1.6.2 研究意义	30-32
第2章实验内容及过程	32-38
2.1 实验内容	32
2.2 实验流程	32-33
2.3 实验用原料及设备	33-34
2.3.1 实验用原料	33
2.3.2 原料配比	33
2.3.3 实验用设备	33-34
2.4 实验过程	34-38
2.4.1 自蔓延燃烧模式制备MgB_2	34-35
2.4.2 热爆模式制备MgB_2及其各参数的影响	35-37
2.4.2.1 燃烧温度的影响	35
2.4.2.2 预热速度对合成产物纯度及组织结构的影响	35-36
2.4.2.3 压坯压力的影响	36
2.4.2.4 Mg粉粒度的影响	36
2.4.2.5 保温时间的影响	36-37
2.4.3 燃烧波淬熄试验	37-38
第3章自蔓延燃烧合成MgB_2的热力学分析	38-45
3.1 引言	38
3.2 热力学计算的理论基础	38-40
3.2.1 标准反应热效应的推导	38-39
3.2.2 物质相对焙的计算	39-40
3.2.3 反应的绝热温度计算	40
3.3 Mg-B体系反应的特征	40-41
3.4 绝热温度计算	41-43
3.5 计算结果及其分析	43
3.6 小结	43-45
第4章燃烧合成MgB_2	45-59
4.1 自蔓延模式和热爆模式燃烧合成MgB_2产物的对比	45-47
4.1.1 两种反应模式过程的比较	45-46
4.1.2 产物相组成及形貌比较	46-47
4.1.2.1 产物相组成比较	46-47
4.1.2.2 产物形貌比较	47
4.2 热爆反应制备MgB_2各工艺参数的影响	47-57
4.2.1 燃烧温度的影响	47-50
4.2.2 预热速度的影响	50-51
4.2.3 压坯压力的影响	51-53
4.2.4 Mg粉粒度的影响	53-56
4.2.5 保温时间的影响	56-57
4.3 热爆燃烧合成形成机理	57
4.4 小结	57-59
第5章 MgB_2超导材料的结构形成机理	59-73
5.1 引言	59-60
5.2 燃烧波淬熄试样的表面形貌及各区的相组成	60-62
5.2.1 燃烧波淬熄试样形貌	60-61
5.2.2 燃烧波淬熄试样相组成	61-62
5.3 淬熄试样各区形貌分析	62-69
5.3.1 原料形貌分析	62
5.3.2 预热区形貌分析	62-65
5.3.3 反应区形貌分析	65-67
5.3.4 产物区形貌分析	67-69
5.4 讨论	69-71
5.4.1 燃烧合成MgB_2的过程描述	69
5.4.2 燃烧合成MgB_2的结构形成机理	69-71
5.4.3 燃烧合成的不完全性	71
5.5 小结	71-73
结论	73-75
参考文献	75-80
致谢	80-81
附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录	81-82
附录B 燃烧合成MgB_2热力学计算的Matlab语言程序	82-84

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.134590



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