Св-синтез диборида магния в условиях высокого давления аргона

Получение диборида магния магнийтермическим восстановлением оксида бора в условиях теплового взрыва

Проведенный литературный поиск показал, что получение диборида магния магнийтермическим восстановлением борсодержащих соединений результатов изучен недостаточно.

Нами проведены эксперименты по определению возможности получения диборида магния из оксида бора по реакции 27.

4Mg + B₂O₃ = MgB₂ + 3MgO (27).

Термодинамические расчеты показали возможность образования диборида магния по реакции (19), так как рассчитанная свободная энергия Гиббса при нормальных условиях составляет 562,9кДж/моль.

ДG₍₁₎ = (ДG_MgB2 +3ДG_MgO) — (4ДG_Mg + ДG_B2O3)=((-26,1+(-3•569,6)) — (4•0+(-1172)) = - 562,9кДж/моль СВ-синтез проводили на цилиндрических образцах диаметром 1,5 см и высотой 2 см, изготовленных прессованием порошковых смесей. Эксперимент проводили реакторе при давлении аргона 30 атм, с предварительным нагревом образцов до температуры 950−1000 °С, при как уже отмечали выше которой происходило спонтанное самовоспламенение образцов, поэтому процесс СВС в данном случие можно отнести к тепловому взрыву.

Как было отмечено выше, важнейшей характеристикой горения является температура. От нее зависит морфология и структура в системе Mg-В₂O₃ образующихся фаз и возможность образования тех или иных продуктов Температура горения изменялась в интервале 950−1150 °С, причем с увеличением давления аргона температура горения равномерно падает (рисунок 45).

Рисунок 45 — Зависимость температуры горения от давления аргона в системе Mg-В2O3.

Необходимо отметить, что именно в этом интервале температур находится температура кипения расплавленного магния, которая равна 1107 °C. При этих температурах интенсивность испарения и выноса магния из зоны реакции очень велика.

Рисунок 46 — Расчетная зависимость температуры горения от давления аргона…

Основные процессы, протекающие в системе: магний — оксид бора — допирующая и энергетическая добавки можно описать реакцией (41):

Mg+B₂O₃ +MeO + KClО₃ > MgB₂+MgO +Me+ KCl (41).

где MeO — Cu₂O и BaO.

Из таблицы 18 видно, что допирующие добавки способствуют образованию диборида магния, однако, незначительно снижают содержание основного сверхпроводящего компонента диборида магния по сравнению предыдущими экспериментами (таблица 17).

Попытки увеличить концентрацию диборида магния в продуктах синтеза путем слабокислотного выщелачивания основной примесной фазы оксида магния положительных результатов не дали.

Одновременно с растворением оксида магния происходит разложение диборида с образованием аморфного соединения близкого по составу к борату магния, который сверхпроводящими свойствами не обладал.

Таблица 18 — Рентгенофазовый анализ продуктов синтеза в системе Mg + B₂O₃ + энергетическая и допирующая добавки.

Полученный композит был исследован на сверхпроводящие характеристики (рисунок 51).

• а) б)
• а) — критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние, б) — магнитный гистерезис

Рисунок 51 — Магнитометрический анализ образцов СВ-синтеза для системы Mg+B2O3+энергетическая и допирующая добавки

Также нами была рассчитана вторая основная сверхпроводящая характеристика, как предел плотности тока (J_c) по формуле Бина. Критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние составила всего 36,01 К, а плотность тока при воздействии магнитного поля соответствует 0,08Ч10² A/cm². Это показатели для всех исследуемых образцов (таблица 19).

Таблица 19 — Сравнение сверхпроводящих параметров для различных систем.

Из таблицы 19 видно, что состав Mg+B имеет лучшие сверхпроводящие свойства.