Farklı sıcaklık şartlarının Cu difüze edilmiş Bi-2212 seramiklerin mekanik karakteristiği üzerine etkisi

Bu tezin temel amacı, bir yüzeyine bakır difüzyonu gerçekleştirilen katı Bi-2212 süperiletken malzemelerin kristal yapısını, elektrik, süperiletkenlik, mekanik performans ve mekanik karakteristiklerinin 650 °C-850 °C difüzyon tavlama sıcaklıkları arasındaki değişimlerini, kütle yoğunluğu, özdirenç değişimi (ρ-T), kritik akım yoğunluğu (I-V), toz X-ışınımı kırınım (XRD) spektrumları ve Vickers sertlik (Hv) ölçümleri vasıtasıyla belirlemektir. Tüm deneysel bulgular, elde edilen karakteristik özelliklerin (kristallenme, kristal düzlem yönelimi, faz oranları, faz saflığı, ortalama kristal büyüklüğü, kafes örgü sabitleri, normal durum özdirenci, artık özdirençler, artık özdirenç oranları, ρnorm, ρ, kritik geçiş sıcaklıkları, genişleme derecesi, çivileme doğası, yarıkararlılığı, σ-boşluk anizotropisi, akma mukavemeti, kırılganlık endeksi, elastik sertlik katsayısı ve eğilme dayanımı parametreleri) difüzyon tavlama sıcaklığının 750 °C'ye kadar artması ile Cu-O2 sıralı katmanlarındaki lokal yapısal kusurlarının, kafes gerilmelerinin, çarpıklıklarının, bozukluklarının ve tanecikler arası etkileşim problemlerinin azalmasının bir sonucu olarak önemi bir şekilde gelişme eğiliminde olduğunu gösterdi. Ancak 750 °C kritik tavlama sıcaklığından sonra, yukarıda verilen parametreler hızlı bir şekilde azalır, ve hatta tavlama sıcaklığı 850 °C iken bu özellikler global minimum değerini alır. Daha detaylı olarak, süperiletken tanecilerin içine ve tanecik sınırları üzerine optimum bakır konsantrasyonu girmesine neden olan 750 °C optimum difüzyon tavlama sıcaklığı Bi-2212 kristal sistemin özünde aşırı katkılı durumundan optimum katkılanmış durumuna Fermi enerji seviyesindeki elektronik durum yoğunluklarının artmasıyla getirir. Bu yüzden, maksimum kritik geçiş sıcaklıkları (onset ve ofset) ve minimum özdirenç parametreleri 750 °C de hazırlanan Bi-2212 materyali için gözlemlenmiştir. Jc sonuçlarına gelindiğinde, optimum tavlama sıcaklığı, Bi-2212 kristal yapısının girdap akı çivilemesinin daha fazla gelişsin diye bakır nanoparçacıklarını tanecikler içi ve tanecikler arası bölgeler boyunca etkili çekirdeklenme merkezleri oluşturmak için sıkıca birbirine bağlanmasına neden olur. Ayrıca toz XRD deneysel bulgular, difüzyon sıcaklığının 750 °C'ye artmasının ortalama kristal boyutunu, c-eksen uzunluğunu ve yüksek fazı oranını geliştirdiğini gösterir, bu kritik sıcaklık değerinden sonra her bir değer dramatik şekilde azalır. Benzer olarak, optimum tavlama sıcaklık değeri mekanik dayanıklılığı ve ideal eğilme mukavemetini dayanıklı tetragonal fazının sabitliğinin bir sonucunda güçlendirir. Böylece, çatlak başlatan kusurların ve çatlak ilerlemesinin hızlıca yön değiştirsin veya yavaşlasın diye Cu safsızlığının varlığı malzemelerin kritik gerilme değerini arttırır. Ayrıca, ilk kez her bir materyalin mekanik krakteristiklerini Meyer Kanunu (MK), Orantılı Numune Direnci Modeli (ONDM), Modifiyeli Orantılı Numune Direnci Modeli (MONDM), Elastik/Plastik Deformasyon (EPD), Hays Kendall (HK) ve Çentik-Kaynaklı Çatlak (ÇKÇ) gibi 6 farklı teorik model vasıtasıyla inceledik. Modellerin sonuçlarına dayanarak, ISE davranış sergileyen materyallerin yük bağımlı ve yükten bağımsız mikrosertlik karakterizasyonlarını incelemek için HK teorik yaklaşım en iyi metot olarak gözlemlenirken, RISE doğasına uyan diğer materyalin gerçek mekanik karakteristiklerin belirlenmesi için ÇKÇ yaklaşım en uygun metot olarak bulunmuştur. Özet olarak, 750 °C tavlama sıcaklığı Bi-2212 süperiletken seramiklerin büyük çaplı uygulamalarda kullanımını destekler. ANAHTAR KELİMELER: Bi-2212 seramikler, Bakır difüzyon, özdirenç değişimi (ρ-T), kritik akım yoğunluğu, Vickers sertlik, X-ışını kırınımı