Fabrication and investigation of Fe/MgB2 superconducting wires and racetrack coils
Fe/MgB2 süperiletken teller ve parkur tipi bobinlerin üretilmesi ve incelenmesi
- Tez No: 456380
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM BELENLİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Physics and Physics Engineering, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Abant İzzet Baysal Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
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.
Özet (Çeviri)
In this dissertation, we struggled to solve some problems of a drawing for the fabrication of various MgB2/Fe wires and improved the drawing process by employing available techniques. We produced monocore and MF (6+1 and 18+1) superconducting MgB2/Fe wires and tapes by using PIT or PLIT techniques with original initial filling process following the ex-situ or in-situ reaction routes. Then, we studied the effect of sintering temperatures, times and initial filling density on Tc, Ic, Jc, morphological/geometrical structure, densification, ρ, critical field, temperature dependence of upper critical field Bc2(T) of MgB2/Fe monocore and MF wires in various diameter produced with IA. The obtained in-situ monocore Fe/MgB2 wires with 1.90 mm and 1.00 mm diameter were sintered under argon pressure (5-10 bar) in a three-zone tube furnace at temperatures in the range of 800-900C for 1 hour to achieve superconducting property. Optimum sintering conditions to achieve better superconducting properties in terms of Jc under external magnetic field are related with monocore wire diameter. The most suitable sintering temperature for 1.90 mm wires is 900C while it is 850C for 1.00 mm wire, duration of sintering is 1 hour for both cases. Also, we studied the effect of excessive mechanical deformation by pressing under 1GPa and BP, AP and PA on the microstructure and transport properties of monocore sintered (800-1000C for 1 hour) Fe/MgB2 1.00 mm wires (cross sectional area 0.00785 cm2). The subsequent heat treatment on the Fe/MgB2 tapes (cross sectional area 0.00667 cm2) improved the microstructure and the grain connectivity. Moreover, the fabricated MgB2/Fe (18+1) MF wires with an outer diameter of 1.00 mm were sintered at temperature in the range of 700-850C for 1 hour and 2 hours under 5-10 bar argon pressure. The most convenient sintering temperature and time were found to be 700C and 1 hour in terms of achieving highest critical current value under magnetic field since the in-field Jc is one of the most important properties for superconducting materials in applications. Bending angle was examined for the monocore and MF wires in small diameters as comparison with strength wires in Bend&React process. The superconducting wires produced within this thesis were characterized using XRD, SEM, EDS, transport Jc and magnetoresistivity measurements. The results of the produced of in-situ monocore Fe/MgB2 wires as a function of the initial tube filling density indicates that increment of the initial filling density with PLIT (Filling 2) method improved the critical current of the Fe/MgB2 wires, and a high Ic (4.2 K) = 140 A at B = 5 T is achieved. The pressure of 1.1 GPa applied via HIP method increases Tc quite significantly in high magnetic field range of 6-12 T, improves the Birr and Bc2 and increases the Jc at 4.2 K and 20 K about three times. Moreover, initial filling with mixture of the amorphous boron and amorphous nano boron powders at equal amounts improved the transport engineering Jc (Ic>150 A under 3 T) values of the wires in magnetic fields (< 6 T). The excessive mechanical deformation by pressing and consecutive heat treatment improved the microstructure, the grain connectivity and transport properties of monocore sintered in-situ Fe/MgB2 wires. Finally, the in-situ MF wires were obtained by using the monocore MgB2/Fe wires which already have high Jc values under applied magnetic field and we observed that the MgB2/Fe (18+1) wires have high critical current values under low external magnetic field(< 6 T). Bending diameter size did not affect superconducting properties of the monocore and MF MgB2/Fe small diameter wires significantly in Bend&React process. Optimum sintering temperature depends on diameter of the wires. Four racetrack coils were made by winding the pieces of monocore and MF MgB2/Fe wires with about 25 meters length. The transport current of them and the produced magnetic field at the center of a racetrack coil was measured at 4.2 K.
Benzer Tezler
- MgB2 superconductor wires: Fabrication and properties
MgB2 süperiletken teller: Üretim ve özellikler
ERSİN YÜCEL
Doktora
İngilizce
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM BELENLİ
- Manyetik sensör uygulamaları için kobalt-demir-rodyum tabanlı alaşım ince filmlerin ve çok katmanlı ortogonal olmayan manyetik düzene sahip ultra ince yapıların geliştirilmesi, manyetik, yapısal ve elektiriksel özelliklerinin incelenmesi
Fabrication and investigation of magnetic, structural and electrical properties of cobalt-iron-rhodium based alloy films and developing non-orthogonal magnetic ordered ulta thin multilayer structures for magnetic sensor aplications
ADEM PARABAŞ
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET YILDIZ
- Fonksiyonel derecelendirilmiş Fe/B4C kompozit yapıların üretimi ve termo-mekanik davranışlarının incelenmesi
Fabrication of functionally graded Fe/B4C composite materials and investigation of thermo-mechanical behaviours
MUSTAFA HAMAMCI
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FEHMİ NAİR
- Saçtırma yöntemi ile demir katkılı çinko-kalay-oksit ince filmlerinin üretilmesi ve manyetik özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of iron-doped zinc-tin-oxide thin films by sputtering method and investigation of their magnetic properties
KÜBRA İPEKDAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ SÖNMEZOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM ÇİNAR
- Farklı Fe içeriğine sahip CoCrMo (ASTM F75) biyomedikal alaşımlarının hassas döküm yöntemiyle üretilmesi ve karakterizasyonu
Characterization and production of CoCrMo biomedical alloys (ASTM F75) having various Fe content via investment casting technique
ALİ KELEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET YILDIRIM