Al-katkılı Bi-2223 süperiletken seramiklere ait olan yapısal, süperiletkenlik ve mekanik performansının incelenmesi

Bu kapsamlı çalışma, geleneksel katı hal reaksiyon yöntemi ile 24 saat 840 °C sabit tavlama sıcaklığında üretilen Bi1.8Sr2Ca2.2Cu3.0AlxOy seramik kupratlarının mikroyapısal, elektriksel ve süper iletkenlik özelliklerinin değişimini Kütle yoğunluğu, dc direnç (ρ-T), taşıma kritik akım yoğunluğu (Jc), X-ışını kırınımı (XRD) ve Vickers mikro sertlik incelemeleri gibi standart karakterizasyon ölçümleri sayesinde inceler. Elde edilen sonuçlar, tüm özelliklerin Bi-2223 süperiletken matrisindeki Al konsantrasyonunun arttırılmasıyla bozulduğunu, bunun ötesinde yalnızca Bi-2223 plakalar arasındaki çarpılma nedeniyle değil, gözenekliliklerde ve tane sınırında zayıf bağlantıların artışından dolayı bozulduğunu doğruladı. Örneğin; onset(offset) kritik sıcaklık değerleri, kirlilik içeriği ile birlikte 109,61 K(107,18 K)'den 92,63 K(13,41 K)'e düşer. Öte yandan, kritik akım yoğunluğu (Jc) 81 A/cm2'den (saf numune için) ile 17 A/cm2'ye (Al-6 için) aralığında ölçülür. Dahası, XRD ölçümleri, Al katkılamasının Bi-2223 fazının oluşum hızını azaltarak kristal yapıya girdiğini göstermektedir. Vickers mikrosertlik ölçümlerine gelince, kristal yapısındaki Al safsızlıklarının varlığı mekanik performansı oldukça azaltır. Aslında, Al konsantrasyon seviyesinin arttırılması, mekanik dayanıklılık, sertlik, süneklik, tokluk, sertlik, kırılma ve özellikle yerel mikroyapısal bozulma, gözeneklilik, yanlışlıklar dahil olmak üzere yeni oluşturulan yapısal problemler nedeniyle özellikle bükülme mukavemeti gibi temel mekanik tasarım özelliklerine sürekli olarak zarar verir. Ayrıca, üretilen örneklerin mekanik karakterizasyonları ve mikrosertlik değerleri Meyer yasası, orantılı numune direnci(PSR) modeli, elastik / plastik deformasyon(EPD) modeli ve Hays-Kendall (HK) modeliyle analiz edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlara göre, HK modeli bu çalışmada hazırlanan örneklerin mikrosertlik hesaplamaları için en uygun modeldir. Sonuç olarak, üretilen Bi1.8Sr2Ca2.2Cu3.0AlxOy seramiklerinin yapısal, elektriksel, süperiletkenlik ve mekanik özellikleri Al katkılama miktarının artmasıyla yavaş bir şekilde azalır.