Properties of grain boundaries and Ag-ceramic interface in bismuth based superconductors

Bu tezin ana konusu Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox/Ag stokiyometrisine sahip çok katlı (2, 4 ve 8 katlı) numunelerin üretimi ve Ag ile oluşturulan çok katın Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox stokiyometrisinin süperiletkenlik ve mikroyapı özelliklerine etkisini araştırmak idi. Bu amaçla, üç temel araştırma yaptık: 1) Süperiletkenlik özelliklerini iyileştirmek için en iyi tavlama sıcaklığını araştırdık, 2) Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox stokiyometrisinin mikroyapı ve süperiletkenlik özelliklerine Ag difüzyonunun etkisini gözlemledik ve 3) Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox stokiyometrisinin süperiletkenlik ve mikroyapı özelliklerine Ag katmanının etkisini araştırdık.İlk olarak, en iyi tavlama sıcaklığını incelemek için katı hal tepkime yöntemi kullanılarak 830, 835, 840, 845 ve 850 ? C de tavlanmış Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox seramik süperiletkenler hazırladık. İncelemeler XRD, SEM, dc özdirenç ve taşıyıcı kritik akım yoğunluğu ölçümlerini içermektedir. En yüksek Tc ve Jc değerleri 840 ? C de 48 saat (B840) tavlanmış numune için sırasıyla 106 K ve 124 A/cm2 olarak bulundu. B840 numunesi için büyük tanecik boyutu, daha yoğun yüzey ve yüksek hacim oranına sahip yüksek-Tc fazı elde edildi.Ardından, Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox stokiyometrisine gümüş difüzyonunun mikroyapısal ve süperiletkenlik özellikleri açısından etkisini araştırmak ve gümüş difüzyonu katsayısı ve aktivasyon enerjisini hesaplamak için gümüş difüzyonu ile katkılanmış Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox numunesi hazırladık. Katkılanmamış numune ile karşılaştırıldığında Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox stokiyometrisine gümüş difüzyonu katkılanması kritik akım yoğunluğunu 123 den 696 A/cm2'ye yükseltti ve kritik geçiş sıcaklığını yaklaşık 3 K artırdı. Ag-katkılanması yüksek-Tc faz miktarını artırdı ve yüzey morfolojisini iyileştirdi. Aynı zamanda gümüş katkılanması c örgü parametresinin %0.15 civarı artmasına neden oldu. Bu çalışmada, 600-800 ? C aralığında gümüş difüzyon katsayısının sıcaklığa bağımlılığı D = 2.9x10-4 exp(- 1.05 eV/kBT) olarak tanımlanmıştır.Son olarak, Bi1.8Pb0.4Ca2.2Sr2Cu3Ox/Ag çok katlı numuneleri (2, 4 ve 8 katlı) boru içerisinde toz (PIT) metodu ile üretildi. PIT tekniği tozun gümüş boru içerisine doldurulması, borunun uzatılması, uzatılan borunun haddelenmesi, haddelenmiş borunun preslenmesi ve tavlanması işlem basamaklarından oluşmaktadır. Haddeleme işlemi artması beklenen gümüş içerisindeki toz yoğunluğunun artırılması konusunda etkili değildi fakat gümüş kılıf içerisindeki seramik taneciklerinin yönelimini büyük ölçüde iyileştirdi. Katlı numunelerin mikroyapısal ve süperiletkenlik üzerine Ag katmanının etkisini araştırmak için XRD, SEM, sıcaklık ve manyetik alanın fonksiyonu olarak dc elektriksel özdirenç ve manyetik alanın fonksiyonu olarak 77 K de kritik akım yoğunluğu ölçümlerini gerçekleştirdik. Numune, Ag katmanına yakın bölgede yüksek ölçüde Bi-2223 fazına yönlenmiştir. Sekiz-katlı numune kabaca 126 A gibi yüksek Ic değeri sergilemektedir. Ag katman sayısının artması ile Tc ve Jc sırasıyla 107 K den 109 K'e ve 240 A/cm2 den 600 A/cm2'ye artırıldı. Jc özelliklerinin artma nedeni katmanların artırılması ile Ag bölgesi yakınında tanecik büyümesi ile ilişkilendirilmiştir. Sıkı yönelimli yapı formu oksit ve Ag katmanı arayüzeyine yakındır. Bu, Ag nin Jc yi artırmadaki önemli rolünü ortaya koyar. Jc nin artırılması, Ag ile Bi-oksit arayüzeyinin artması ile elde edilmiştir.