Процеси фазоутворення на високотемпературних етапах технології виготовлення вісмутової кераміки. Визначення якості вісмутової надпровідної кераміки за кривими температурної залежності магнітної сприйнятливості. Технологічний цикл виготовлення кераміки.
Аннотация к работе
Перед науковцями стоїть завдання створити теоретичні засади виготовлення матеріалу, що не тільки має нульовий електроопір, але й може нести значне струмове навантаження, тобто має високе значення критичного струму при температурах вище точки кипіння рідкого азота. Значна частина розробок світових виробничих компаній стосується вісмутової кераміки, а саме - фази Bi2Sr2Ca2Cu3O10 х (2223) з температурою надпровідного переходу (Тс) 110 К. На експлуатаційні характеристики надпровідної вісмутової кераміки (значення критичного струму при температурі 77 К, його температурну та польову залежності) впливає не тільки вміст фази 2223, а й структура, яка визначається розміром і просторовою орієнтацією зерен фази 2223, кількістю, розміром і розташуванням включень фази 2212 та ненадпровідних фаз, морфологією міжзеренних границь. Для досягнення мети були поставлені такі задачі: провести аналіз впливу на властивості вісмутової кераміки та визначити найбільш важливі в межах використаної технології серед таких технологічних факторів: вихідний склад, матеріал контейнера для розкладу сольового продукту, температура розкладу, наявність та кількість домішки фази 2223, дисперсність порошку домішки та оксидного прекурсора, тиск пресування, наявність засипки і швидкість нагріву та охолодження при спіканні; дослідити процеси фазоутворення на високотемпературних етапах технології виготовлення вісмутової кераміки; зокрема встановити фазовий склад оксидного або нітратно-оксидного прекурсора, що утворюється при розкладі сольового продукту кріохімічного синтезу в інтервалі температур 373-1123 К, а також визначити динаміку формування фази 2223 при спіканні;Практично не досліджено такий метод інтенсифікації синтезу як введення зародків фази у вигляді порошку для скорочення індукційного періоду формування цієї фази. Для дослідження впливу технологічних параметрів на властивості вісмутової надпровідної кераміки були випробувані 5 вихідних складів, розклад сольового продукту проводився при температурі 873…1123 К, для розкладу використовувався нікелевий та керамічний контейнери, вводилася різна кількість (0…100%) порошку фази 2223, застосовувалося додаткове подрібнення домішки та оксидного прекурсора (з 30…40 до 3…10 мкм), тиск пресування варіювався в інтервалі 100…500 МПА, спікання проводилося на повітрі при температурі 1123 К з різною швидкістю нагріву та охолодження (швидкість нагріву 0,15 та 2,83 К/с, швидкість охолодження 0,05 та 2,83 К/с), із застосуванням засипки з фази 2223 та без неї. Технологічні параметри, що сприяють підвищенню кількості фази 2223 відносно фази 2212 (за даними рентгенофазового аналізу деякі отримані зразки мали 90…95% фази 2223) за відсутності якісного надпровідного переходу свідомо були відхилені. Було обрано 5 основних вихідних складів матеріалу: близький до стехіометрії фази 2223 склад №1 - Bi1,7Pb0,3Sr2Ca2Cu3Oy; склад №2 - Bi1,7Pb0,3Sr2Ca2,5Cu3,5Oy, - з надлишком Са та Cu, який може сприяти зсуву рівноваги в бік утворення фази 2223 з фази 2212; склад №3 - Bi1,6Pb0,5Sr2,7Ca2,7Cu3Oy, - в якому, як повідомлялося, наявний нульовий електроопір за температури 122 К; склад №4 - Bi1,7Pb0,3Sr1,5Ca2,5Cu3Oy, - з рекомендованим в кількох працях заміщенням стронція на кальцій; один з рекомендованих складів з домішками, склад №5 - Bi1,8Pb0,4Ba0,2Sr1,8Ca2,2Cu3Oy. Виходячи з складності та тривалості синтезу фази 2223 з фази 2212, був використаний оксидний прекурсор з низьким вмістом фази 2212, для чого розкладання сольового продукту проводили при низьких температурах.Обгрунтовано вибір параметрів технології виготовлення, що дозволило зменшити з 70-250 до 25 год термін відпалу для синтезу вісмутової кераміки з переважним вмістом фази Bi2Sr2Ca2Cu3O10 х та з структурою, що забезпечує отримання вузького інтервалу надпровідного переходу при температурі вище 100 К. Аналіз впливу технологічних факторів на фазовий склад та структуру вісмутової надпровідної кераміки показав, що введення домішки фази 2223 та використання керамічного контейнера для розкладання сольового продукту найбільш істотно сприяють прискоренню синтезу фази 2223 та формуванню кераміки з якісною з точки зору надпровідних властивостей структурою. Встановлено, що використання керамічного контейнера для розкладання завдяки утворенню на його поверхні шару з вісмутової кераміки не лише призводить до зниження кількості сторонніх домішок в складі надпровідника, що сприяє отриманню матеріалу із заданими властивостями, але й деякою мірою каталізує фазові перетворення, що дозволяє зменшити термін подальшого фазотворчого відпалу з 250 до 50 год порівняно з оксидним прекурсором, виготовленим шляхом розкладу в нікелевому контейнері. Введення домішки фази 2223 до складу оксидного прекурсору призводить до збільшення кількості фази 2223 на 30% відносно зразків без домішки, але вплив домішка фази 2223 справляє лише на оксидний прекурсор з великою кількістю фази 2212. Дослідження впливу технологічних факторів на фазовий склад та структуру вісмутової надпровідної кераміки показало, що п