YBCO üstün iletkeninin magnetik özelliklerine sinterleme koşullarının etkisi

Abstract

ÖZET Bu çalışmada incelenen YBCO örnekler kaühal tepkimesi yöntemiyle hazırlandı ve tek faz içerdikleri X-ışınları kırnımı ile saptandı. Örneklerin sinterleme sonrası soğutma hızlarının üstûniletkenlik özelliklere ve mikro yapıya etkisi elektriksel direnç ve magnetik duygunluk ölçümleriyle araştırıldı. Elektriksel direnç ölçümleri a.a. dört nokta metoduyla yapıldı. Magnetik duygunluk için mutual indüktans ölçüm yöntemiyle çalışan bir düzenek yapıldı ve Niyobyum örneğe göre kalibre edildi. Elektriksel direnç ölçümlerinde, sinterleme işleminden sonra soğutma hızının azalmasıyla üstüniletkenliğe başlangıç sıcaklığının yükseldiği fakat örneğin direncinin sıfir olduğu sıcaklığın düştüğü gözlendi. Bununla beraber üstüniletkenliğe geçiş sıcaklığının ise 0.2K arttığı saptandı. Bu farklılıkların, soğutma hızının örneklerdeki oksijen stokiyometrisini değiştirmesiyle oluştuğu anlaşıldı. Magnetik duygunluğun uygulanan alan şiddetine ve sıcaklığa bağımlı ölçümlerinde genel davranışın yanısıra tanecik içi faza ait soğurma pikinin değişmediği gözlendi. Buna karşın, tanecikler arası bağlantıların oluşturduğu soğurma pikinin düşük sıcaklıklara kaydığı ve altında kalan alanın genişlediği saptandı. Bu davranışın nedeninin bağlantılardaki akı merkezlerinin sayılarının artması olduğu kanısına varıldı. Örneklerin oda sıcaklığıdaki özdirenç değerlerinin de artışı bu sonucu desteklemektedir. Çalışmanın diğer bölümünde, sıcak presleme (SP) işleminin örneklerin mikro yapısına ve kritik akım yoğunluğuna etkisi incelendi. Bu amaçla sinterlenmiş örnekleri farklı sıcaklık ve basınçlarda sıkışürabilecek bir firın yapıldı. Magnetizasyon ölçümleriyle artan basınç ve sıcaklığın tanecik içi fazı arttırdığı belirlendi. Örneklerin SEM fotoğrafları analizi de bu bulguyu kanıtlamaktadır. Kurulan I-V düzeneğiyle yapılan ölçümlerden kritik akım değerinin örneklere uygulanan basınç ve sıcaklıkla arttığı gözlendi. Diğer bir grup örneğe sinterleme öncesi SP işlemi uygulandı. Bu örneklerin tanecik boyutlarının önceki örneklerden küçük olduğu ve kritik akım yoğunluklarının da daha fazla olduğubulundu. Bu sonucun litaretürde önerilen Clem modeliyle uyumlu olduğu saptandı.

ABSTRACT The samples for this work were prepared by solid state reaction and XRD analysis showed that they were singe phase. The effect of the rate of cooling on the superconducting properties and the micro structure were investigated by electrical resistance and magnetic susceptibility measurements. The electrical resistance measurements were done by a.c. four point method. A setup which uses mutual inductance method was build for the susceptibility studies. The setup was calibrated agains a Nb sample at superconducting state. From the electrical resistance measurements, it has been observed that the onset temperature of superconductivity increases while zero resistance temperature decreases with decreasing cooling rate of pre- sintered samples. Besides the transition temperature to superconductivity increased by 0.2K for the samples. It has been concluded that the reason for these shifts in the defined temperatures is the change of the oxygen content of the samples by cooling rate. The position of the absorption peak for grains remain same while the absorption peak resulted from inter grain interaction gets broadened and shifts to the lower temperatures as seen from the susceptibility versus temperature measurements under different applied fields. This behaviour of the inter grain phase can be atributed to the increase of the number of the flux centers at the boundaries. The increase of the room temperature resistivities of the samples supports this conclusion. The other part of the work deals with the investigation of the effect of hot pressing (HP) on the micro structure and on the critical current density of the samples. For this purpose a furnace was built and different pressures were applied on the sintered samples at various temperatures. The magnetization measurements showed that the amount of intra grain phase increased with increasing pressure and temperature. The analysis of the SEM photographs of the samples gave supporting evidence for the growth of the grains. ivof the SEM photographs of the samples gave supporting evidence for the growth of the grains. An I-V measuring setup was built and experiments showed that critical current density of the samples increases for elevated pressure and temperatures. HP procedure was applied to a group of samples before sintering. For this group, the grain sizes were much smaller and the critical current densities were higher compared to the previous group of the samples. This result is in agreement with the predictions of the Clem model in the literature.