Morphology of dissipative structures formed during the high-temperature synthesis of the MgB2 compound

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The interaction of components during high-temperature annealing of compressed magnesium and boron powders in the technologies for obtaining the superconducting compound MgB2 in works using standard synthesis technology and hot gas-static pressing technology is considered. The effect of the kinetics of crystal growth and diffusion of components released at the interface on the morphology of dissipative structures formed during phase transformation is studied in a computer model of crystallization of a binary alloy. The conditions and mechanism of formation of “dendrite-like” and “layered” structures arising during crystallization of MgB2 from magnesium melt (Mg –%B) are analyzed. It is shown that the application of pressure during the synthesis of the compound makes it possible to control the morphology of the resulting dissipative structures that determine the degree of development of porosity and liquation heterogeneity of the composition in a massive superconductor.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

V. Esin

Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: yesin@imp.uran.ru
Rússia, Ekaterinburg, 620108

Bibliografia

  1. Шахпаронов М.И. Введение в молекулярную теорию растворов. М.: Гос. Изд-во техн.-теор. лит-ры, 1956. 508 с.
  2. Криницина Т.П., Кузнецова Е.И., Дегтярев М.В., Блинова Ю.В. Сверхпроводники на основе MgB2: структура и свойства // ФММ. 2021. Т. 122. С. 1271–1295.
  3. Кузнецова Е.И., Криницина Т.П., Блинова Ю.В., Цаплева А.С., Абдюханов И.М., Дегтярев М.В. Тонкая структура MgB2, легированного Y и Gd // ФММ. 2022. Т. 123. С. 978–985.
  4. Кузнецова Е.И., Сударева С.В., Криницина Т.П., Блинова Ю.В., Романов Е.П., Акшенцев Ю.Н., Дегтярев М.В., Тихоновский М.А., Кисляк И.Ф. Механизм образования и особенности структуры массивных образцов соединения MgB2 // ФММ. 2014. Т. 115. № 2. С. 186–197.
  5. Кузнецова Е.И., Акшенцев Ю.Н., Есин В.О., Сударева С.В., Блинова Ю.В., Дегтярев М.В., Новожонов В.И., Романов Е.П. Механизмы образования массивной сверхпроводящей фазы MgB2 при высоких температурах // ФТТ. 2015. Т. 57. Вып. 5. С. 859–866.
  6. Туркевич В.З., Кулик О.Г., Иценко П.П., Соколов А.Н., Луценко А.Н., Ващенко А.Н. Фазовая диаграмма системы Mg – B при высоких давлениях // Сверхтвердые материалы. 2003. Т. 25. Вып. 1. С. 9–14.
  7. Turkevich V.Z., Prikhna T.A. and Kozyrev A.V. Phase diagram of the Mg–B system at 2 GPa and peculiarities of high-pressure manufacture of MgB2 – based blocks with high critical currents // High Pressure Research. 2009. V. 29. No. 1. P. 87–92.
  8. Есин В.О. Направления преимущественного роста кристаллов с кубической решеткой // ФММ. 1965. Т. 20. Вып. 2. С. 226–230.
  9. Курц У., Фишер Д. Фундаментальные основы затвердевания. Москва. Ижевск. 299 с. (Kurz W. and Fisher D.J. Fundamentals of Solidification. Trans Tech Publications LTD. Switzerland. Germany. UK. USA. 1998. 248 p.)
  10. Тарабаев Л.П., Машихин А.Ю., Есин В.О. Дендритный рост кристаллов в переохлажденном расплаве // Расплавы. 1991. № 2. C. 89–100.
  11. Tarabaev L.P., Mashikhin A.Yu. and Esin V.O. Dendritic Crystal Growth in Supercooled Melt // J. Crystal Growth. 1991. V. 114. P. 603–612.
  12. Тарабаев Л.П., Машихин А.Ю., Вдовина И.А. Компьютерное моделирование роста дендритных кристаллов. M.: Деп. в ВИНИТИ. 03.07.91. № 2915–В91, 1991. 29 с.
  13. Aziz M.J. & Kaplan T. Continues growth model for alloy solidification // Acta Metall. Mater. 1988. V. 36. P. 2335–2347.
  14. Tarabaev L.P. and Esin V.O. Dissipative structure formation during crystallization of alloys under high-nonequilibrium conditions // arXiv: 0804.1868v1. [cond-mat.mtrl-sci].
  15. Tarabaev L. and Esin V. Formation of Dissipative Structures during Crystallization of Supercooled Melts // Chapter in book “Supercooling”, edited by Peter Wilson., 134 p. InTech – Open Access Publisher Rijeka. Croatia. March, 2012. P. 105–122. ISBN 978-953-51-0113-0
  16. Пер Бак. Как работает природа. Теория самоорганизованной критичности. М.: Изд. URSS, 2014. 276 с.
  17. Мартюшев Л.М., Селезнев В.Д. Принцип максимальности производства энтропии как критерий отбора морфологических фаз при кристаллизации // Доклады Академии Наук. 2000. Т. 231. № 4. С. 466–468.
  18. Есин В.О., Сазонова В.А., Заболоцкая И.А. Сферолитные формы кристаллизации в металлах // ФММ. 1989. № 2. С. 73–77.
  19. Мирошниченко И.С. Закалка из жидкого состояния. М.: Металлургия, 1982. 168 с.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Diagram of the Mg–B system state [7].

Baixar (3KB)
Metadados
3. Fig. 2. The “dendrite-like” structure of the MgB2 compound sample, scanning electron microscopy (image in secondary electrons) [4].

Baixar (38KB)
Metadados
4. Fig. 3. Morphology of dissipative structures formed during the growth of the solid phase from one center, under conditions of an “isotropic” kinetic coefficient at different values of the kinetic coefficient (β), supercooling (supersaturation) of the melt (∆T) and growth time (∆t): (a) – 2.0, 0.020, 300; (b) – 1.0, 0.200, 50; (c) – 3.0, 0.200, 100; (d) – 3.0, 0.200, 500 [10, 11].

Baixar (201KB)
Metadados
5. Fig. 4. Morphology of dissipative structures formed during melt crystallization and concentration fields (fine lines) in the system at some points of time t~ for various values of supercooling of the melt ΔT~bath: (a) ΔT~bath = 0.01, t~ = 750; (b) ΔT~bath = 0.02, t~ = 230; (in) ΔT~bath = 0.05, t~ = 40. The isolines of dimensionless concentrations of c~ are constructed with the intervals: (a) Δ c~ = 0.005, (b) Δ c~ = 0.010, (c) Δ c~ = 0.020 [14, 15].

Baixar (51KB)
Metadados
6. Fig. 5. Morphology of dissipative structures formed during melt crystallization and concentration fields (thin lines) in the system at successive time points t~ for supercooling ΔT~bath = 0.055: (a) t~ = 20, (b) t~ = 75. The isolines of dimensionless concentrations of c~ are constructed with an interval Δ c~ = 0.02.

Baixar (73KB)
Metadados
7. Fig. 6. Morphology of dissipative structures formed during melt crystallization and concentration fields (fine lines) in the system at some points of time t~ for various values of supercooling of the melt ΔT~bath: (a) ΔT~bath = 0.065, t~ = 75; (b) ΔT~bath = 0.080, t~ = 67; (in) ΔT~bath = 0.100, t~ = 62. The isolines of dimensionless concentrations of c~ are constructed with the intervals: (a) Δ c~ = 0.05, (b) Δ c~ = 0.10, (c) Δ c~ = 0.05.

Baixar (80KB)
Metadados
8. Fig. 7. Morphology of dissipative structures formed during melt crystallization and concentration fields (fine lines) in the system at some points of time t~ for various values of supercooling of the melt ΔT~bath: (a) ΔT~bath = 0.200, t~ = 5.80; (b) ΔT~bath = 0.280, t~ = 4.00; (c) ΔT~bath = 0.535, t~ = 2.20. Isolines of dimensionless concentrations of c~ are constructed with intervals: (a) Δ c~ = 0.20, (b) Δ c~ = 0.55, (c) Δ c~ = 0.50.

Baixar (71KB)
Metadados


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».