Yüksek Manyetik Alan Gerektiren Mühendislik Uygulamaları İçin Mg Taşımalı Difüzyon Yöntemi ile MgB2 Külçe Süper Mıknatıs Üretimi ve Elektro-Manyetik Karakterizasyonu


Savaşkan B. (Executive) , Öztürk K. , Yamamoto A.

BOREN, Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü Projesi, 2020 - 2022

  • Project Type: BOREN, Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü Projesi
  • Begin Date: October 2020
  • End Date: October 2022

Project Abstract

Geleneksel kalıcı mıknatıslar; motorlar, jeneratörler, enerji depolama sistemlerinde kullanılan süperiletken yataklar gibi pek çok cihaz için temel elemanlardır. En güçlü geleneksel (Nd-Fe-B) mıknatıslar bile yaklaşık 1.5 T manyetik alan üretimi ile sınırlı iken, süperiletken külçe mıknatıslar yaklaşık on kat (17 T) daha büyük manyetik alan tuzaklayabildiklerinden kalıcı mıknatısların yerine kullanılabilme potansiyeline sahiptir. Başta İngiltere ve Japonya olmak üzere gelişmiş ülkelerde, sanayi-akademi işbirliği ile bu teknoloji tıp, biyomedikal, ulaşım, enerji, elektronik, havacılık gibi pek çok farklı alanda kullanılmaktadır. Süperiletken külçe mıknatıslarda, RE(BCO) yüksek sıcaklık süperiletkenleri (HTS) sıklıkla kullanılmasına rağmen, bu süperiletkenlerin seramik yapıları ve zayıf mukavemetleri nedeniyle çapı 100 mm den büyük üretimi oldukça zordur (RE: Nadir toprak elementleri).

2001 yılında MgB2 metalik alaşımında süperiletkenliğin keşfi, ilginin Borlu süperiletken bileşikler üzerine yoğunlaşmasına neden oldu. MgB2 külçe mıknatıslar, kolay ve ucuza sentezlenmesi, hafif oluşu, yüksek kritik akım yoğunluğu ve daha iyi mekaniksel özellikleri nedeniyle HTS lere en büyük alternatif olarak görülmektedir. Ayrıca büyük boyut ve farklı geometrilerde üretime elverişli olması nedeniyle MgB2 külçe mıknatıslar MRI, rüzgâr enerji jeneratörleri ve manyetik olarak havalanmış trenlerde (Maglev) kullanılabilme potansiyeline sahiptir.  Üretilen bir süperiletken külçenin mühendislik uygulamalarında kullanımı için gerekli iki temel parametre “Tuzaklanan Manyetik Alan (Btrapp) ” ve “Manyetik Kaldırma Kuvveti (Fz)” dir.

Proje kapsamında Katıhal Tepkime, Mg Taşımalı Difüzyon ve Sıcak Presleme yöntemleri ile çapı 20 mm ile 50 mm arasında değişen silindirik MgB2 örnekleri üretilecektir. Üretilen örneklerin Manyetik taşıyıcı sistemlerinde kullanılabilmesi için Manyetik Kaldırma ve Kılavuzlayıcı Kuvvet ölçümleri, 15 K - 30 K sıcaklık aralığında, ZFC (Zero-Field- Cooled) ve FC (Field-Cooled) soğutma şartlarında yapılacaktır. Süper-mıknatıs özelliklerini araştırmak için tuzaklanan manyetik alan ölçümleri FCM mıknatıslanma tekniği ile ölçülecek ve örneklerin üç boyutlu manyetik akı profilleri çıkarılacaktır. Proje ekibi tarafından geliştirilecek olan Mg taşımalı difüzyon ve sıcak presleme yöntemleri ile teorik yoğunluğun % 80 nine sahip ve C, Ag ve Ti katkısı ile yapı içerisinde ilave akı-çivileme merkezleri oluşturularak yüksek manyetik alan tuzaklama ve manyetik kaldırma özelliklerine sahip MgB2 süper-mıknatısların üretimi hedeflenmektedir.

24 ayda tamamlanması planlanan bu proje ile mevcut ve geliştirilmekte olan Maglev trenleri, manyetik süperiletken yataklar ve rüzgâr jeneratörlerinde kullanılabilecek, yerli kaynağın kullanıldığı ve arzu edilen süperiletken özelliklere sahip külçe MgB2 örneklerinin üretimi gerçekleştirilerek, ülkemizde bu alandaki bilgi birikiminin ve teknolojik alt yapının gelişimine katkı sağlanacaktır. Süper-mıknatıs teknolojisinin başta Japonya, İngiltere olmak üzere gelişmiş ülkelerdeki araştırma merkezlerinde son yıllarda yoğun şekilde çalışılması ve pek çok farklı mühendislik uygulamalarında kullanılması nedeniyle, uluslararası bildiri ve makalelere konu olabilecek bilimsel potansiyele sahiptir. Proje çalışması, Karadeniz Teknik Ü.,  BOREN Enstitüsü ve Tokyo Ü. Teknoloji Fakültesi işbirliği ile gerçekleştirileceğinden, uluslararası projelere altyapı oluşturacaktır.