随着人们对掺杂MgB2超导体研究的不断深入,掺杂元素对MgB2的成相过程及超导性能的影响具有越来越重要的指导意义。本文首先采用传统的固相反应法对纯MgB2进行烧结并确定最佳的工艺参数。在此基础上,选取不同粒度的金属Ni作为掺杂对象,结合显微组织观察、差热分析技术、粉末烧结理论,热力学和动力学分析手段,系统研究了Ni的颗粒大小对MgB2相的形成、微观形貌以及超导电性的影响。另外,以金属Ni纳米颗粒作为催化剂,在B基体上沉积单质碳并掺入MgB2超导体,试图通过纳米相的引入来增加磁通钉扎中心,以提高MgB2的临界电流密度值。上述研究包含的主要内容及获得的结论有:利用高精度差热分析仪对Mg和B的混合粉末进行烧结处理,并分析不同升温速率(5、10、20和30 K/min)对MgB2相的形成过程产生的影响。临界电流密度测试结果表明,以5 K/min的加热速率烧结可以促进MgB2在低温下的反应过程,进而提高MgB2晶粒间的连接性,改善高磁场下MgB2的临界电流密度值。然而,高的升温速率(30K/min)容易导致孔隙率的增加和MgB2晶粒间连接性的恶化,从而使得MgB2样品的超导性降低。同样采用热分析手段,进一步研究了Ni掺杂对MgB2体系成相过程的影响,结果表明:在Ni掺杂的MgB2体系烧结过程中,Mg和Ni在506℃下形成共晶液相,大大提高了Mg和B原子的扩散速率,使大部分MgB2颗粒在固相阶段形成。Mg-Ni-B体系的反应模型表明,MgNi2.5B2相的析出是从MgB2晶粒边界处转至晶粒内部。实验选取不同粒度的金属镍粉对MgB2超导体进行掺杂,通过研究粒度对MgB2的成相过程以及化学成分的影响,进一步比较不同条件下超导性能的变化,以研究第二相颗粒大小在其中所起作用。结果表明:小尺寸镍颗粒可以促进第二相MgNi2.5B2在更低的温度下形成。在镍粒度为10μm的掺杂样品中,MgNi2.5B2相颗粒呈螺旋状沿MgB2晶粒内部析出,进一步揭示了MgB2晶体的生长符合螺旋位错的生长机制。临界电流密度测试表明,临界电流密度大小与第二相颗粒的大小相关,较大的MgNi2.5B2相颗粒更容易导致临界电流密度值的降低。利用还原法在B基体上成功制备出金属Ni纳米颗粒,通过与Mg粉的混合烧结制得了掺杂Ni纳米颗粒的MgB2超导体。对前驱体粉末和MgB2样品进行透射电镜观察、X-射线衍射以及超导性能测试后发现:在B基体上形成了平均晶粒直径为5纳米的Ni纳米颗粒,与大颗粒Ni掺杂相比,更能够改善MgB2晶粒间的连接性,提高低磁场下MgB2超导体的临界电流密度值。以Ni纳米颗粒作为催化剂,利用化学气相沉积法在500℃下将甲烷分解并在B基体上沉积生成碳洋葱及碳纳米管。经过与Mg粉混合烧结得到碳掺杂的MgB2超导体,并获得了具有较高临界电流密度的超导试样,结果表明:B基体中沉积的碳含量随着通甲烷时间的延长逐渐增多,但是在1.5小时达到一个饱和值,此后的碳含量维持不变。由于碳原子层的包裹,使得Ni无法与Mg/B反应生成第二相MgNi2.5B2。但是提高的临界电流密度表明,碳包覆Ni纳米颗粒可以作为有效的磁通钉扎中心。