Bi tabanlı süperiletken ailesinin kristal yapısına itriyum katkısı ile termal, mekanik ve morfolojik özelliklerin değişimi

Standart katı-hal yöntemi ile üretilen Bi2.0Sr2.0Ca1.1Cu2.0Oy (Bi-2212) kristal yapısında farklı mol oranlarında itriyum/bizmut yer değiştirmesiyle yeni oluşan matrislerin temel mekanik performans parametrelerinin, dayanıklı tetragonal fazın, yüzey morfoloji görünümlerin ve mekanik karakteristik özelliklerindeki değişimler Vickers sertlik (Hv) ve taramalı elektron mikroskop (SEM) ölçümleri ile belirlenmiştir. Enerji-ayırımlı X-ray (EDX) spektrometresi sonuçları itriyum iyonlarının sisteme istenildiği stokiyometrik oranlarda başarılı bir şekilde katkılandığını göstermiştir. Elde edilen sonuçlara göre, tartışılan tüm özellikler itriyum (Y) katkı oranın x=0,01'e kadar artması ile iyileşirken bu değerin üstünde parametrelerde azalma bulunmuştur. Böylece, Bi-2212 seramik sistemde optimum Y iyonları bulunması durumunda, kristal yapıda yeni kimyasal/iyonik bağların, yüzey bası artık gerilme bölgelerin ve kafes gerilme alanların oluştuğu belirlenmiştir. Yine, optimum Y katkısı Bi-2212 seramik malzemenin tetragonal fazını stabilize ederek kristal örgüdeki çatlak büyüme hızını kontrol altına alır. Böylece, kristal örgüsü x=0,01 itriyum katkılı numune uygulanan kuvvete karşı daha az hassasiyet gösterdiğini gösterir. Benzer olarak, SEM fotorğrafları aynı malzemenin en homojen yoğun (az gözenekli ve pürüzsüz) yüzeye ve en iyi kristal yapıya sahip olduğunu gösterdi. Ayrıyeten, SEM analizlerinden Bi-2212 genel morfoloji görüntüsü olan istiflenmiş katmanlar daha büyük kristal büyüklükleriyle oluşmuş ve bu katmaların çok daha sağlam bağlantıya ve daha doğru yönelimde olduğu görülmüştür. Ayrıyeten, örgü optimum itriyum kakılama durumunda, Bi-2212 seramik sistemin kristallenme mekanizmasında, düşük aktivasyon enerjisine bağlı çekirdeklenme sıcaklığında artış tespit edilmiştir. Bu durumda, bu malzemenin en yüksek termodinamik kararsızlığa sahip olduğu bulunmuştur. Tüm bu özelliklerdeki iyileşmeler, EDX ölçüm sonuçlarına bakıldığında kristal örgüde Cu element dağılımı ile açıklanabileceği vurgulanmıştır. Son olarak, plato sınır bölgesinde yükten bağımsız mikrosertlik değerleri yarı-deneysel mekanik modeller ile incelenmiş ve güvenilir sonuçlar elde edilmiştir. Modeller arasında en başarılı çentik kaynaklı çatlak oluşum (IIC) metodu sergilemiştir.