Спосіб одержання надпровідного матеріалу на основі дибориду магнію з карбідом кремнію в умовах високого тиску

Реферат: Спосіб одержання надпровідного матеріалу на основі дибориду магнію з карбідом кремнію в умовах високого тиску методом синтезу, причому добавки карбіду кремнію становлять 10 %. Синтез проводять в умовах високого тиску і температури (не менше 0,5 ГПа і 600-1100 ºC, відповідно протягом 40-80 хв. UA 122795 U (12) UA 122795 U UA 122795 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до високотемпературної надпровідності, а саме надпровідного матеріалу на основі дибориду магнію з робочими температурами до 35 Κ Найбільш близьким до пропонованого за технічною суттю є спосіб одержання надпровідного матеріалу із суміші порошків магнію (або гідриду манію), бору і карбіду кремнію шляхом термічного синтезу в залізній трубці, що скочувалась до смужки, при температурі 600 °C протягом 1 години в атмосфері аргону [патент США US20080274902 Α1 від 21.02.2007]. Залізна трубка використовувалась як захисний контейнер, що перешкоджав випаровуванню магнію. Одержаний матеріал характеризувався високими значеннями густини критичного струму: при 3 2 температурі 4,2 Κ в магнітному полі 12 Тл вона становила 6,1×10 А/см , а в магнітних полях 7 3 2 Тл - досягала 25×10 А/см . Недоліком даного способу є використання залізної трубки, що обмежує лінійні розміри зразка (до 1 мм у товщину). В основу корисної моделі поставлена задача одержання надпровідного матеріалу на основі дибориду магнію із високим рівнем надпровідних властивостей в масивних зразках із лінійними розмірами понад 9 мм. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб (який, як і відомий спосіб одержання надпровідного матеріалу на основі дибориду магнію включає додавання порошку карбіду кремнію) шляхом використання високого тиску (понад 0,5 ГПа). Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, і технічними результатами, що досягаються при її реалізації, полягає у наступному. Високий тиск перешкоджає випаровуванню магнію і зберігає стехіометричне співвідношення компонентів під час синтезу. В той же час високий тиск перешкоджає виходу газів, зокрема кисню, так само, як і утворенню пор. В результаті оксиген входить в структуру дибориду магнію і утворює збагачені киснем області розміром до 100 нанометрів, що можуть виступати як центри пінінгу. В присутності карбіду кремнію кількість таких областей збільшується. В результаті матеріал демонструє більшу стійкість до впливу магнітних полів, що унеможливлюють протікання надпровідного струму. Приклад 1. Реакційна суміш, що складається із порошкоподібного магнію та бору у стехіометричному співвідношенні MgB2 з додаванням порошкоподібного карбіду кремнію у кількості 10 мас. %, ретельно змішана і компактована в таблетку діаметром 9 мм і висотою до 7 мм поміщають в апарат високого тиску типу "ковадло із заглибленням", який в свою чергу розміщують між пуансонами преса. Таблетка з усіх сторін оточена гексагональним нітридом бору, для ізоляції її від графітового нагрівника. В апараті високого тиску створюється квазігідростатичний тиск 2 ГПа. Після створення тиску, апарат нагрівають шляхом пропускання електричного струму через графітовий нагрівач, розташований як контур в апараті високого тиску і відділений від зразка ізолюючим шаром гексагонального нітриду бору. Визначення температури відбувається за потужністю електричного струму, що пропускається на основі попереднього тарування. В апараті високого тиску створюється температура 800 °C. Пропускання електричного струму продовжується 60 хвилин з моменту виходу на режим. Після закінчення нагрівання, прес високого тиску розвантажується і зразок охолоджується до кімнатної температури самовільно. Одержаний матеріал характеризується густиною критичного струму при температурі 10 Κ 5 2 3 2 3 близько 6×10 А/см у власному магнітному полі, 15×10 А/см в магнітному полі 7 Тл і 2×10 2 А/см в магнітному полі 10 Тл. Приклад 2. Матеріал одержують аналогічно описаному в Прикладі 1, за виключенням того, що синтез проводять при температурі 1050 °C протягом 40 хв. В результаті одержується матеріал, що характеризується більшим значенням густини критичного струму у власному магнітному полі: 6 2 при 10 Κ - 2×10 А/см . В магнітному полі 7 і 10 Тл густина критичного струму при температурі 10 Κ не відрізняється від наведених в Прикладі 1. Приклад 3. Матеріал одержують аналогічно описаному в Прикладі 1, за виключенням того, що синтез проводять при температурі 600 °C протягом 80 хв. В результаті одержується матеріал, що (за даними рентгенофазового аналізу) містить залишки магнію і бору. Матеріал характеризується надпровідними властивостями в полях до 4 Тл. Температура 600 °C визначена як мінімальна, необхідна для одержання надпровідного матеріалу на основі дибориду магнію з карбідом кремнію в умовах високих тисків і температур. Приклад 4. Матеріал одержують аналогічно описаному в Прикладі 1, за виключенням того, що синтез проводять під тиском 0,5 ГПа в апараті типу "циліндр-поршень". Зразок у формі таблетки з усіх 1 UA 122795 U 5 10 15 20 боків оточений ізолюючим матеріалом: гексагональним нітридом бору або оксидом цирконію. Тиск створюється в результаті одноосьового стиснення. Нагрівання відбувається шляхом пропускання електричного струму крізь графітовий нагрівник, що розташований як контур в апараті високого тиску. Для визначення температури використовується термопара. Надпровідні властивості одержаного матеріалу відповідають значенням, наведеним в Прикладі 1. Приклад 5. Матеріал одержують аналогічно описаному в Прикладі 4, за виключенням того, що синтез проводять при температурі 1050 °C. Надпровідні властивості одержаного матеріалу відповідають значенням, що були одержані в Прикладі 2. Таким чином, необхідними термобаричними умовами одержання матеріалу є тиск не менше 0,5 ГПа, температура не менше 600 °C і час витримки не менше 40 хв. Оптимальні значення параметрів знаходяться близько 2 ГПа, 800 °C і 60 хв., відповідно. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб одержання надпровідного матеріалу на основі дибориду магнію з карбідом кремнію в умовах високого тиску методом синтезу, причому добавки карбіду кремнію становлять 10 %, який відрізняється тим, що синтез проводять в умовах високого тиску і температури (не менше 0,5 ГПа і 600-1100 ºC, відповідно протягом 40-80 хв. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2