The Effect of Sintering Number on Crystallographic and Microhardness Properties of MgB2 Samples Obtained by Mixing Ready MgB2 Powders and Mg and B Powders

Abstract

Bu çalışmada hazır olarak satın alınan MgB2 tozları ile elementel Mg ve B tozlarının karışımı yolu ile elde edilen MgB2 numunelerinin ısıl işlem sayısının kristalografik ve mikrosertlik özellikleri üzerinde nasıl bir değişim meydana getirildiği karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu çalışma kapsamında hazır MgB2 tozları ve Mg-B tozları sitokiyometrik oranlarda karıştırılıp preslenerek 1’er gram halinde 4 adet tablete dönüştürülmüştür. Tabletler 1, 2, 3 ve 4 kez 670 OC’de 10 bar argon atmosferinde 60 dakika boyunca ayrı ayrı sinterlenip, kristalografik ve mikrosertlik analizine tabi tutulmuştur. Numune hazırlama aşamasında klasik katıhal reaksiyon yöntemi, kristalografik analizlerde, X-Işını Kırınım Yöntemi; Mikrosertlik analizlerinde, Vickers Yöntemi; Mikrosertlik modellemelerinde, Meyer’s Kanunu, Orantılı Numune Direnci Modeli (PSR), Hays-Kendall Yaklaşımı (HK) ve Elastik/Plastik Deformasyon Modeli (EPD) kullanılmıştır. Elde edilen analiz sonuçlarında tüm numunelerde MgB2’ye ait karakteristik piklerin baskın olduğu, genel olarak ısıl işlem sayısının artmasının numunelerde tanecik büyüklüğünü ve düzlemler arası mesafeyi azalttığı, örgü parametrelerinde ise genel bir artışa sebep olduğu görülmüştür. Aynı zamanda numunelerin mikrosertlik karakterini açıklamada en başarılı modelin Meyer’s Kanunu olduğu ve tüm numunelerin Çentik Boyut Etkisi (ISE) davranışı sergilediği gözlenmiştir.

Keywords

• MgB2
• XRD Yöntemi
• Vickers Yöntemi

Hazır MgB2 Tozları ile Mg ve B Tozlarının Karışımı Yolu ile Elde Edilen MgB2 Numunelerinin Kristalografik ve Mikrosertlik Özellikleri Üzerinde Sinterleme Sayısının Etkisi

Abstract

Bu çalışmada hazır olarak satın alınan MgB2 tozları ile elementel Mg ve B tozlarının karışımı yolu ile elde edilen MgB2 numunelerinin ısıl işlem sayısının kristalografik ve mikrosertlik özellikleri üzerinde nasıl bir değişim meydana getirildiği karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu çalışma kapsamında hazır MgB2 tozları ve Mg-B tozları sitokiyometrik oranlarda karıştırılıp preslenerek 1’er gram halinde 4 adet tablete dönüştürülmüştür. Tabletler 1, 2, 3 ve 4 kez 670 OC’de 10 bar argon atmosferinde 60 dakika boyunca ayrı ayrı sinterlenip, kristalografik ve mikrosertlik analizine tabi tutulmuştur. Numune hazırlama aşamasında klasik katıhal reaksiyon yöntemi, kristalografik analizlerde, X-Işını Kırınım Yöntemi; Mikrosertlik analizlerinde, Vickers Yöntemi; Mikrosertlik modellemelerinde, Meyer’s Kanunu, Orantılı Numune Direnci Modeli (PSR), Hays-Kendall Yaklaşımı (HK) ve Elastik/Plastik Deformasyon Modeli (EPD) kullanılmıştır. Elde edilen analiz sonuçlarında tüm numunelerde MgB2’ye ait karakteristik piklerin baskın olduğu, genel olarak ısıl işlem sayısının artmasının numunelerde tanecik büyüklüğünü ve düzlemler arası mesafeyi azalttığı, örgü parametrelerinde ise genel bir artışa sebep olduğu görülmüştür. Aynı zamanda numunelerin mikrosertlik karakterini açıklamada en başarılı modelin Meyer’s Kanunu olduğu ve tüm numunelerin Çentik Boyut Etkisi (ISE) davranışı sergilediği gözlenmiştir.

Keywords

• MgB2
• XRD Yöntemi

Thanks

Bu çalışmanın deneysel sürecinin gerçekleştirildiği Ankara Üniversitesi Fizik Bölümü Katıhal Laboratuvarına teşekkürlerimizi sunarız.

References

1. Nagamatsu, J., Nakagawa, N., Muranaka, T., Zenitani, Y. and Akimitsu, J. (2001).Superconductivity at 39 K in magnesium diboride. Nature, 410, 6824, 63-64.
2. Buzea, C., Yamashita, T. (2001). Review of superconducting properties of MgB2. Superconductor Science and Technology, 14, 115-146.
3. Yamamoto, A., Ishihara, A., Tomita, M., Kishio, K. (2014). Permanent magnet with MgB2 bulk superconductor. Applied Physics Letters, 105(3):032601-032601-4.
4. Rabbers, J.J., Oomen, M.P., Bassani, E., Ripamonti, G., Giunchi, G. (2010). Magnetic shielding capability of MgB2 cylinders. Superconductor Science and Technology, 23, 125003 (4pp).
5. Patel, D., Matsumoto, A., Kumakura, H., Maeda, M., Kim, S-H., Liang, H., Yamauchi, Y., Choi, S., Kim, J.H., Hossain, Md., S. A. (2022). MgB2 Superconducting Joint Architecture with the Functionality to Screen External Magnetic Fields for MRI Magnet Applications. ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 2, 3418–3426.
6. Wang, L., Chen, W., Li, C., Yan, G.,Feng, Y., Zhang, P., Zhang, Y., Zhao, Y. (2022). Enhanced critical current density at high magnetic fields in MgB2 wire processed by in-situ spark plasma sintering. Journal of Alloys and Compounds, Volume 891, 162007.
7. Jung, S.G., Pham, D., Han, Y., Lee, J.M., Kang, W.N., Kim, C., Yeo, S., Jun, B.H., Park, T. (2022). Improvement of bulk superconducting current capability of MgB2 films using surface degradation. Scripta Materialia, Volume 209, 114424.
8. Wang, L., Chen, W., Li, C., Yan, G., Feng, Y., Zhang, P., Zhang, Y., Zhao, Y., (2022). Enhanced critical current density at high magnetic fields in MgB2 wire processed by in-situ spark plasma sintering. Journal of Alloys and Compounds, Volume 891, 162007.

9. Xu, M., Kitazawa, H., Takano, Y., Ye, J., Nishida, K., Abe, H., Matsushita, A., Kido, G. (2001). Single crystal MgB2 with anisotropic superconducting properties. Applied Physics Letters, 79, 2779.
10. Lee, S., Mori, H., Masui, T., Eltsev, Y., Yamamoto, A., Tajima, S. (2001). Growth structure analysis and anisotropic superconducting properties of MgB2 single crystals. Journal of the Physical Society of Japan, 70, 2255-2258.
11. Yılmazlar, M., Terzioğlu, C., Doğruer, M., Karaboğa, F., Soylu, N., Zalaoğlu, Y., Yıldırım, G., Öztürk, Ö. (2014). Evaluation of Microstructural and Mechanical Properties of Ag Diffused Bulk MgB2 Superconductors. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, vol. 27, no. 1, pp. 77–82, Jan.
12. Öztürk, Ö., Aşıkuzun, E., Kaya, Ş. (2015). Significant change in micro mechanical structural and electrical properties of MgB2 superconducting ceramics depending on argon ambient pressure and annealing duration,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 26, no. 6, pp. 3840–3852.
13. Liang, K. M., Orange, G. and Fantozzi, G. (2004). Evaluation by Indentation of Fracture Toughness of Ceramic Materials. Journal of Materials Science, Vol. 25, pp. 207-214
14. Kölemen, U. (2006). Analysis of ISE in microhardness measurements of bulk MgB2 superconductors using different models. Journal of Alloys and Compounds, 425, 429–435.
15. Taylan Koparan, E., Savaskan, B., Ozturk, O., Kaya, S., Aksoy, C., Wang, J., Speller, S.C., Grovenor, C. R. M., Gencer, A., Yanmaz, E. (2016). Changes in mechanical and structural properties of Bi-2212 added MgB2 superconductors. J Mater Sci: Mater Electron, 27:6060–6070. DOI 10.1007/s10854-016-4531-4.
16. Feng, Q. R., Chen, C., Xu, J., Kong, L., Chen, X., Wang, Y., Gao Z. (2004). Study on the formation of MgB2 phase. Physica C: Superconductivity, 411(1), 41-46.
17. Suryanarayana, C., Norton, M. G. (1998). X-Ray diffraction a practical approach. (Birinci Basım). New York: Plenum Publishing Corporation, 212.
18. Shein, I.R., Ivanovskiœ, A. L. (2002). Band Structure of ZrB2, VB2, NbB2, and TaB2 Hexagonal Diborides: Comparison with Superconducting MgB2. Physics of the Solid State, Vol. 44, No. 10, 2002, pp. 1833–1839.
19. Shafi, P. M., Bose, A. C. (2015). Impact of crystalline defects and size on X-ray line broadening: A phenomenological approach for tetragonal SnO2 nanocrystals. AIP Advances 5, 057137.
20. Quinn, J. B., Quinn, V. D. (1997). Indentation brittleness of ceramics: a fresh approach. Journal of Materials Science, 32, 4331-4346.
21. Mott, B.W. , 1956. Microindentation Hardness Testing, Butterworhs, London.
22. Li, H., Bradt, R. C. (1996). The effect of ındentation-ınduced cracking on the apparent microhardness. Journal Material Science, 31, 1065.