随着人们对二硼化镁(MgB2)超导材料研究的不断深入,关于其形成机理及成相控制的研究对高品质MgB2超导材料的制备具有越来越重要的指导意义。本文采用传统的固相烧结和高频感应熔炼的方法分别制备MgB2多晶块体材料及Mg-Cu-B三元合金,并结合显微组织观察、差热分析技术、粉末烧结理论,热力学和动力学分析手段,系统研究了原位烧结过程及深过冷Mg-Cu-B合金熔体中MgB2相的形成规律。另外,在原位烧结过程中,通过对外加和自生纳米MgO颗粒掺杂相自身演化规律和对MgB2相形成过程影响的研究,确定了这些影响与MgB2超导电性之间的必然联系。上述研究包含的主要内容和获得的结论有:利用高精度差热分析仪对Mg粉和B粉的混合试样进行烧结处理并同步监控其反应进程,在实验分析的基础上,结合经典烧结理论和多重扫描动力学分析方法,系统研究了原位烧结制备过程中多晶MgB2相的形成过程及成相机理,并确定了最佳烧结工艺。结果表明:Mg粉和B粉在Mg熔化之前便已开始反应,直到1023K时才反应完全并生成多晶MgB2相,因此在略高于1023K烧结得到的样品具有高的超导转变温度。在Mg粉熔化之前,反应属于固-固反应阶段,相互接触的Mg和B颗粒通过原子之间的相互扩散在接触处形成固溶活化区,MgB2相便在该活化区内形成。多重扫描动力学分析结果显示:固-固反应所对应的最概然机理函数为Avrami-Erofeev,表明MgB2相在该阶段受随机形核和随后的瞬时生长方式所控制,生成的MgB2颗粒以纳米尺度存在且很难长大;Mg粉熔化以后,反应进入固-液反应阶段,熔融Mg的渗透和包覆作用促进了Mg和残余B之间的反应,与此同时,MgB2晶粒在该阶段按Ostwald熟化机制迅速长成规则的六边形。在上述工作基础上,同样采用热分析的手段,进一步研究了原位烧结过程中纳米Al2O3粉末掺杂对多晶MgB2相形成过程的影响,并确定了该影响与超导电性之间的内在联系。结果表明:在Mg粉和B粉原位烧结反应过程中,纳米Al2O3将与Mg发生反应而生成纳米MgO和单质Al,由此改变了MgB2相的形成进程。纳米MgO颗粒的析出限制了MgB2晶粒的长大,从而有效增加了MgB2多晶体的晶界磁通钉扎作用。同时,纳米MgO颗粒自身也可作为有效的磁通钉扎中心,提高MgB2多晶体的临界电流密度。但随着纳米Al2O3粉末掺杂量的增多,析出的纳米MgO颗粒将发生局部团聚和长大而失去磁通钉扎作用,从而破坏了MgB2多晶体的整体超导电性。Al原子部分取代MgB2晶体结构中Mg原子的位置,从而破坏了它的电子结构而显著降低MgB2多晶体的临界转变温度。在原位烧结制备多晶MgB2超导体过程中,MgO作为第二相的析出不可避免。对自生MgO相的形成、演化规律及对超导电性能影响的研究发现:通过调整固-固反应阶段的保温时间可实现自生纳米MgO颗粒的控制析出,并将其保留到固-液反应阶段的大角度MgB2晶界及表面处形成有效的磁通钉扎中心,从而得到高超导电性能的多晶MgB2超导体。选取共晶Mg58.0Cu42.0和Cu86.7B13.3作为Mg和B的先驱相,采用高频感应熔炼的方法在常压及较低温度(1100℃)条件下熔配Mg15Cu75B10三元合金。随后,利用循环过热的净化方法得到不同初始过冷度条件下的深过冷Mg15Cu75B10合金,并借助经典形核理论和瞬态形核理论,讨论了Mg15Cu75B10合金组织中MgB2和MgB4相之间竞争形核的热力学和动力学条件,给出了过冷Mg15Cu75B10合金组织中形成MgB2相的临界条件。结果表明:在小过冷度范围内,当过冷度大于某一临界过冷度时,MgB2相比MgB4相具有更低的形核功、更大的形核率和更短的形核孕育时间,因而MgB2相从与MgB4相的竞争形核中胜出,优先从合金熔体中形核并生长。然而,在大的初始过冷度(大于223K)下,MgB2相和MgB4相均具有较小的形核率和较长的形核孕育时间,很难从过冷熔体中形核。