Lutesyum (Lu) katkılnamış Bi-2212 süperiletkeninin vickers mikrosertlik ölçümleri ve bazı fiziksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Lu katkılı Bi2Sr2CaLuxCu2O8 süperiletken numuneleri, katıhal tepkime yöntemi kullanılarak x=0.0,0.1, 0.3, 0.5, 0.7 ve 1.0 olacak şekilde katkılandı. Ardından dikdörtgen şeklinde kesilen numuneler840°C' de 50 saat tavlandı. Fırının hem ısıtma, hem de soğutma oranı sırasıyla 5°C/dak. ve 3°C/dak.olarak ayarlandı. Karşılaştırma yapabilmek için, katkısız numune de aynı ısıl işlem koşullarındahazırlandı. Hazırlanan numuneler X-ışınları kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM),enerji dağılım spektrometresi (EDS), özdirenç (?-T) ve mikrosertlik (Hv) ölçümleri ile karakterizeedildi. XRD ölçümlerinden, örgü parametreleri ve fazları belirlendi. Numunelerin mikroyapı ve yüzeyyapısı için SEM, element bileşim analizleri için EDS ölçümleri yapıldı. Ayrıca, dc özdirençölçümlerinden numunelerin geçiş sıcaklıkları (Tc) belirlendi. Numunelerin mekanikselkarakteristikleri oda sıcaklığında farklı yüklerde (0.25-3N) yapılan mikrosertlik ölçümleriylebelirlendi. Bu ölçümlerin sonuçlarına göre Lu katkısının artmasıyla c örgü parametresi ve Bi-2212 fazıazaldı. SEM ve EDS ölçümleri sırasıyla, Lu katkısıyla yüzey yapısının ve tanecikler arasındakibağlantının kötüleştiğini ve Lu atomlarının ağırlıklı olarak Sr ve küçük bir kısmının da Ca atomlarıylayerdeğiştirerek kristal yapı içine girdiğini gösterdi. Lu katkısıyla, Tconset değerlerinin 99.5' den 93K'edüştüğü gözlendi. Numunelerin mikrosertlik değerleri yüke bağlı olarak hesaplandı ve bu değer Lukatkısıyla arttı. Bunun yanında, farklı modeller kullanılarak numunelerin yükten bağımsızmikrosertlik, elastik modülü, gerilme ve kırılma dayanımı değerleri hesaplandı. Deneysel mikrosertliksonuçları Meyer yasası, elastik/plastik deformasyon (EPD), orantılı numune direnci (PSR), modifiyeedilmiş orantılı numune direnci (MPSR) ve Hays-Kendall (HK) yaklaşımı kullanılarak analiz edildi.Sonuç olarak, yukarıda bahsettiğimiz modelleri numunelere uyguladığımızda, Hays-Kendall (HK)yaklaşımı bizim numunelerimizin çentici boyut etkisini (ÇBE) açıklayan en iyi model olarak tespitedildi.Bu tezde, Lu katkısının Bi-2212 süperiletkeninin mikroyapı, süperiletkenlik ve mekanik özellikleriüzerinde meydana getirdiği değişimler ve bunların olası sebepleri detaylı olarak tartışıldı.

Lutetium (Lu) added Bi2Sr2CaLuxCu2O8 superconducting samples, with x=0.0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and1.0 were prepared by solid state reaction method on a form of rectangular bar, annealed at 840°C for50 hours. Both the heating and cooling rates of the furnace were adjusted to be 5°C/min and 3° C/minrespectively.. To comparison, undoped sample was prepared in the same annealing conditions. Theprepared samples were characterized using X-ray powder diffraction (XRD), scanning electronmicroscope (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), resistivity measurements (?-T) andmicrohardness measurements (Hv). The volume fraction and lattice parameters were determined fromthe XRD measurements. The microstructure, surface morphology and element composition analysesof the samples were carried out by SEM and EDS measurements, respectively. Moreover, Zeroresistivity transition temperatures (Tc) of the samples were estimated from the dc resistivitymeasurements. Mechanical characterizations of the samples were determined from the roomtemperature microhardness measurements at different loads (0.25?3N). According to results of thesemeasurements; lattice parameter c and volume fraction of Bi-2212 phase decreased with increasing Lucontent. SEM measurements show that the surface morphology and grain connectivity were obtainedto degrade with increasing Lu content. The EDS results reveal that the elements used for thepreparation of samples distribute homogeneously and the Lu atoms enter into the crystal structure byreplacing Sr and small partly Ca atoms. It is found that Tconset values were obtained to decrease from99.5K to 93K with increasing the Lu addition. The microhardness values of the samples were found tobe load dependent. The load dependent microhardness values of the samples increased with increasingLu addition. In addition we calculated the load independent microhardness, elastic modulus, yieldstrength, and fracture toughness of the samples using the different models. The experimentalmicrohardness results were analyzed using Meyer?s law, elastic/plastic deformation model (EPD),proportional specimen resistance model (PSR), modified proportional specimen resistance model(MPSR) and Hays-Kendall approach (HK). As a result, when all the above mentioned models areapplied to the samples, HK approach best explains the indentation size effect (ISE) behavior of oursamples.In this thesis, the possible reasons for the obtained degradation in microstructural, superconductingand mechanical properties were also discussed in detail.