Композиционные материалы диэлектрик-проводник (высокотемпературный сверхпроводник) для электроэнергетики

• Автор: Егоров, Никита Юрьевич
• Шифр специальности: 05.09.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 203 с. : ил.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные положения теории протекания (перколяции)

1.2. Высокотемпературные сверхпроводники

1.2.1. Открытие ВТСП

1.2.2 Применение ВТСП

1.2.2.1. Сильноточные применения ВТСП

1.2.2.1 Л. Низкотемпературные сверхпроводящие кабели (4,2-8,0К)

1.2.2.1.2. Высокотемпературные сверхпроводящие кабели (77 К)

1.2.2.2 Слаботочные применения ВТСП

1.2.2.3. Применение сверхпроводящих магнитов

1.2.2.4 Микроэлектронные СВЧ - компоненты на основе высокотемпературных сверхпроводников
1.2.3. Перспективы развития
1.2.4. Бескислородные керамические сверхпроводники
1.2.5. Изготовление ВТСП
1.2.5.1. Твердофазный синтез
1.2.5.2. Технологии получения текстурированных материалов с высокой 1с
1.2.5.3. Химические методы получения ВТСП
1.2.5.4. Микроволновой синтез
1.2.6. Методы измерения удельного сопротивления сверхпроводниковых материалов
1.2.6.1. Двухзондовый метод измерения
1.2.6.2. Четырехзондовый метод измерения
1.3. Силовые резисторы
1.3.1. Основные виды силовых резисторов
1.3.2. Классификация по материалу резистивного элемента

1.3.3. Классификация силовых резисторов по конструктивным признакам
1.3.4. Расчет и проектирование силовых резисторов
1.3.5. Постановка задач проектирования силовых резисторов
1.3.6. Электромагнитные процессы в силовых резисторах
1.3.7. Расчет тепловых режимов силовых резисторов
1.3.8. Композиционные силовые резисторы
Выводы по литературному обзору
2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1. Оборудование, используемое для изготовления ВТСП методом твердофазного синтеза
2.1.1. Лабораторные весы
2.1.2. Планетарно-центробежная мельница-активатор (ПМА)
2.1.3. Электрические печи
2.1.3.1. Муфельная печь марки СНОЛ- 1,6 . 2,51/9 - И
2.1.3.2. Электропечь сопротивления
2.1.4. Гидравлические пресса
2.2. Приборы, используемые для измерения свойств ВТСП
2.2.1. Установка для определения температурной зависимости
удельного сопротивления образцов на основе М§В2
2.2.2. Установка для определения температурной зависимости
удельного сопротивления иттриевых и висмутовых ВТСП
2.2.3. Установка для определения температурной зависимости
удельного сопротивления сырца иттриевой ВТСП керамики в диапазоне температур 20-960 °С
2.2.4. Установка для определения критического тока ВТСП
2.2.5. Экспресс - метод определения критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние
2.2.6. Методика определения водопоглощнения, кажущейся
плотности и открытой пористости
2.2.6.1. Установка для вакуумирования
2.2.6.2. Весы для гидростатического взвешивания
2.2.7. Приборы для измерения линейных размеров и усадки
образцов
2.3. Установка для синтеза ВТСП с использованием энергии СВЧ диапазона
2.4. Оборудование и методики, применяемые для создания и
измерения свойств силовых объемных резисторов на основе композиции глина - шунгит
2.4.1. Методические аспекты расчета силовых резисторов с
использованием теории перколяции
2.4.2. Измерение температурной зависимости удельного
сопротивления композиций глина - шунгит
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Синтез У - и В1 - ВТСП методом твердофазного синтеза в бескислородной среде
3.1.1. Синтез иттриевых ВТСП
3.1.1.1. Подготовка исходных компонентов и расчет уравнения химической реакции
3.1.1.2. Изготовление и гомогенизация исходных компонентов
3.1.1.3. Термообработка (предварительный обжиг)
3.1.1.4. Измельчение спека
3.1.1.5. Прессование образцов
3.1.1.6. Обжиг
3.1.1.7. Результаты измерений
3.1.2. Синтез висмутовых ВТСП
3.1.2.1. Подготовка исходных компонентов и расчет уравнений
химических реакций
3.1.2.2 Гомогенизация исходных компонентов
3.1.2.3. Предварительный обжиг

Диборид магния (MgB2) обладает следующими свойствами: рентгеновская плотность - 2,63 г/см'3; содержание бора - 47,09 %(масс); структура - гексагональная (а = 3,083 А, с = 3,520 А). Атомы бора и магния расположены слоями, т. е. структура MgB2 в некоторой мере подобна слоистой структуре графита. Расстояние между соседними атомами магния одного слоя 3,08 А, между атомами магния соседних слоев 3,52 А, кратчайшие расстояния Mg - В и В - В соответственно равны 2,50 и 1,78 А [86]. Согласно [87] MgB2 имеет слоистую структуру, где слои атомов бора располагаются между слоями атомов магния. Диборид магния, в отличие от высших боридов магния, медленно гидролизуется по реакции MgB2+3H20 = Mg(0H)2+B20+2H20, а также вступает в реакцию с кислотами. Своей относительно высокой химической активностью диборид магния существенно отличается от диборидов циркония, титана, тантала, ниобия, гафния, обладающих как высокой химической инертностью, так и высокой Тпл ~ 2900 ч- 3200 °С. Некоторые из перечисленных высокостойких боридов обладают сверхпроводимостью при температурах ниже температуры испарения гелия (4,15 К). (Наивысшую температуру перехода из
нормального в сверхпроводящее состояние среди этих боридов имеет диборид циркония (Тс = 3,2 К [85])). Относительно сверхпроводящих свойств диборида магния в литературе сообщений не было вплоть до публикации в Nature в марте 2001 г.
Технологический процесс изготовления изделий из боридов магния осуществляется с использованием различных способов - плавление или спекание (под давлением) исходных компонентов; электролиз в расплавленной среде; осаждение из газовой фазы; реакция между магнием и ВС13; восстановление оксида магния бором; взаимодействие оксида магния с карбидом бора в вакууме и др. При синтезе из элементов диборид магния образуется уже при 720 ± 20 °С. При температурах выше 800 - 900 °С синтезируются бориды магния с большим содержанием бора, их