РОЗДІЛ 2 УСТАТКУВАННЯ, ВИХІДНІ МАТЕРІАЛИ І ЗРАЗКИ, МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ ТА НАДПРОВІДНИХ І МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ.
2.1. Пресове обладнання та апарати високого тиску.
В роботі було застосовано пресове обладнання трьох типів, а саме:
1) гідравлічний прес зусиллям 100 кН і стальні прес-форми для пресування при кімнатній температурі таблеток та кілець з порошків вихідних матеріалів чи матеріалів-ізоляторів;
2) гідравлічний прес ДО-043 зусиллям 20 МН;
3) гідравлічний прес ДО-044 зусиллям 25 МН.
При синтезі в умовах гарячого пресування було застосовано:
1) прес гарячого пресуваня зусиллям 50 кН, з индукційним нагрівом до
2000 оС;
2) прес гарячого пресуваня НС.265, зусиллям 60 кH, на базі маслостанції Г4617.
Пресформи були виготовлені з графіту МГ-1. Для ізоляції зразка від графіту в процесі гарячого пресування на контактуючі поверхні наносили обмазку на основі ВN. Обмазка на основі ВN являла собою суспензію порошкоподібного гексагонального ВN в розчині каучуку в бензині.
Для синтезу при атмосферному тиску було використано вакуумну шахтну електричну піч типу СШВЭ-1.2,5/25И2 потужністю 35 кВт.
Для створення високих тисків і температур було використано апарати високого тиску (АВТ) типу "ковадла з заглибленнями" двох типорозмірів для обробки зразків діаметром 9 та 32 мм [172] (схему збірки реакційного об'єму наведено на рис. 2.1) та апарат високого тиску типу "куб", схему збірки реакційного об'єму якого наведено на рис. 2.2.
Схема розподілу навантаження
Рис. 2.1. Схема збірки реакційного об'єму АВТ типу "ковадла з заглибленнями"
Схема розподілу навантаження
Рис.2.2. Схема збірки реакційного об'єму АВТ типу "куб"
Апарати високого тиску розміщували між пуансонами пресу. Нагрівання здійснювали після прикладання тиску шляхом прямого пропускання струму через пуансони та графітовий нагрівник (рис. 2.1 та 2.2). Тиск визначали непрямими методами, для чого проводили попереднє тарування з допомогою реперних матеріалів (точність визначення тиску в області 1-6 ГПа складала 0,15 ГПа).
Температуру в АВТ типу "ковадла з заглибленнями" визначали непрямим методом після тарування термопарою (точність визначення температури в області 20-1500оС складала 20 оС), а у АВТ типу "куб" контроль температури здійснювали за допомогою трьох хромель-алюмелевих (ХА) термопар, які вводили до реакційного об'єму, точність регулювання температури при цьому становила ? 2 оС [173]. Нагрівання та охолодження зразків здійснювали зі швидкістю 200 К/хв, діапазон витримки становив 0,15 - 4 год.
Для захисту зразка від впливу складових атмосфери, які негативно впливають на надпровідні властивості при входженні в структуру, необхідно було вирішити проблему ефективної ізоляції зразків. Контейнер з ізолюючого матеріалу являв собою кільце, отвір якого з обох сторін закривали таблетки висотою 1/4 висоти кільця. Вихідна шихта знаходилась у контакті з BN, ZrO2 або була загорнута у танталову фольгу. Такий контейнер зі зразком вміщували у графітовий нагрівник, який, в свою чергу, оточували пірофілітом. У випадку АВТ типу "ковадла з заглибленнями" на контейнер з пірофіліту одягали кільце з полівінілхлориду. Після прикладання тиску, внаслідок зближення матриць апарату, пірофіліт та полівінілхлорид починають текти, утворюючи задирку, сила тертя між задиркою і матрицями урівноважує дію тиску у горизонтальному напрямі. У випадку АВТ типу "куб" на ребра пірофілітового кубу прикладали гумові полоски, які утримувались пуансонами АВТ.
2.2. Вихідні матеріали та зразки, вибір ізолюючого матеріалу.
У даній роботі було використано:
- бор чотирьох типів: дрібнокристалічний (тип А), аморфний бор з 7% домішки Н3ВО3 (тип Б), аморфний бор з 15% домішки Н3ВО3 (тип В), а також бор 95-97% чистоти (тип Г). Рентгенограми всіх типів бору представлені на рис. 2.3;
- порошок танталу ТУ 95.318.75 (рис. 2.4);
- танталова фольга товщиною 0,075 мм (рис. 2.5);
- порошок титану виробництва фірми "MaTecK" (Німеччина) з розміром частинок 1-3 ?m, 99 % чистоти. (рис. 2.6);
- ошурки магнію ТУ 48-10-93-88 розмірами приблизно 0,5-1,0 мм (рис. 2.7).
Ошурки магнію та порошокоподібний бор брали у стехіометричному співвідношенні MgB2. Для приготування вихідної суміші застосовували високоенергетичний планетарний активатор МПФ-1 ("Гефест", Санкт-Петербург) зі сталевими барабанами та кульками. Відцентрове прискорення в активаторі становило 60 - 80 g, енергонасиченність - 100 Вт/г. Диспергування проводили сухим способом зі співвідношенням мас порошок/кульки 1 : 5 протягом 2-3 хв. Одержану суміш компактували при кімнатній температурі в сталевій прес-формі під тиском 300 МПа.
У деяких дослідах Mg та B брали у стехіометричному співвідношенні Mg2B.
При спіканні дибориду магнію був використаний порошок 98 % чистоти виробництва фірми Alfa Aesar (Великобританія) , рентгенограма якого наведена на рис. 2.8. Як видно з рентгенограми, у порошку присутня невелика кількість домішкової фази MgO.
Рис. 2.3. Рентгенограми бору: дрібнокристалічного тип А (а); аморфного з домішками Н3ВО3 типи Б та В (б, в); аморфного 95-97 % чистоти тип Г (г).
Рис. 2.4. Рентгенограма ошукрів магнію, що використовувались у якості вихідного матеріалу при синтезі MgB2.
Рис. 2.5. Рентгенограма вихідного порошку танталу.
Рис. 2.6. Рентгенограма танталової фольги.
Рис. 2.7. Рентгенограма порошку титану виробництва фірми "MaTecK".
Рис. 2.8. Рентгенограма порошку MgB2 виробництва фірми Alfa Aesar.
З метою вибору матеріалу, що мав ізолювати вихідний зразок від графітового нагрівника, були випробувані такі речовини [174]:
а) гексагональний нітрид бору, б) порошкоподібний моноклінний оксид цирконію, в) танталова фольга.
2.3. Дослідження структурних характеристик, фазового і хімічного складу зразків до та після синтезу чи обробки в умовах високих тисків і