In-Situ Processing of Superconducting MgB2-Metal Composites

超导 MgB2-金属复合材料的原位加工

基本信息

  • 批准号:
    0319051
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2003
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2003-09-01 至 2008-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The proposal is on the processing of magnesium boride (MgB2) using reaction synthesis involving pressure infiltration of B fibers with molten magnesium to form a continuous MgB2 phase in an Mg matrix. A major goal is to achieve superconducting applications at temperatures in excess of 25K. The influence of processing temperature, volume fraction of boron, size and shape on the resulting microstructures will be studied using various characterization techniques including metallography, microprobe, secondary ion mass spectroscopy, synchrotron x-ray tomography and transmission electron microscopy. The mechanical and superconducting properties of reacted MgB2 fibers and MgB2-metal composites will be assessed and correlated with the microstructures. Experimental studies will be followed by modeling efforts first using 1-dimensional model to predict fracture strength and elastic modulus of boron fibers followed by classical and three-phase self-consistent methods for composites. The ultimate goal of the project is to generate a science-base understanding of the synthesis of MgB2 from solid B and liquid Mg for the fabrication of continuous lengths of superconducting metal-MgB2 composite wires. The research emphasizes the development of a process for creating continuous, low-cost metal-MgB2 composite superconducting wires with a critical temperature of 39 K, through a science-based, predictive understanding of the materials science issues involved with synthesis, structure and properties of these composites.Operation of the composite superconducting wires at 25-30 K without helium cryo-cooling will result in a significant drop in costs as compared to current Nb3Sn-type wires cooled by liquid helium, which is an expensive, non- renewable resource. Possible applications include superconducting magnets for energy storage devices, levitation systems (for trains), motors, wires for power transmission and superconducting quantum interference device (SQUID) systems. The research provides opportunities for undergraduate and graduate students as well as high school teachers through outreach programs for laboratory experience involving materials processing and characterization techniques. Plans include creation of a website on MgB2 synthesis and collaboration with Argonne National Laboratory through the use of Advanced Photon Source.
该提议是关于使用涉及B纤维用熔融镁压力浸润的反应合成的硼化镁(MGB2)的加工,以在mg基质中形成连续的MGB2相。一个主要目标是在超过25K的温度下实现超导应用。将使用各种特征技术研究加工温度,硼的体积分数,大小和形状对所得微观结构的影响,包括金相学,微探针,次级离子质谱,同步型X射线层表术和透射电子显微镜。将评估反应MGB2纤维和MGB2金属复合材料的机械和超导特性,并与微结构相关。实验研究将首先使用一维模型进行建模工作,以预测硼纤维的断裂强度和弹性模量,然后是复合材料的经典和三相自洽的方法。该项目的最终目标是生成科学基础对从固体B和液体MG合成MGB2的理解,用于制造超导金属MGB2复合线的连续长度。这项研究强调了通过基于科学的基于科学的,可预测的理解与这些复合材料相关的材料科学问题的材料科学问题,以39 K的临界温度为39 K创建连续的,低成本的金属MGB2复合超导电线。由液体氦气冷却的电线,这是一种昂贵的,不可更新的资源。可能的应用包括用于储能设备的超导磁铁,悬浮系统(用于火车),电动机,电力电线,用于电力传输和超导量子量子干扰装置(Squid)系统。该研究通过涉及材料处理和特征技术的实验室经验的外展计划为本科和研究生以及高中教师提供了机会。计划包括通过使用高级光子源与Argonne National Laboratory合作创建网站。

项目成果

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