Author(s):
Lopes, Orlandino Miguel da Silva 
Date: 2007
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2566
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Física aplicada; Supercondutores; Fibras; Fusão por laser
Description
No presente trabalho cresceram-se fibras de composição Bi2Sr2CaCu2O8
(2212) pelas técnicas de fusão de zona com laser (LFZ) e fusão de zona com
laser assistida com corrente eléctrica (EALFZ) com o objectivo de melhorar as
propriedades supercondutoras. Numa primeira parte do trabalho, estudou-se o
efeito da aplicação de uma corrente eléctrica de 0, 25, 50 e 75 mA durante o
processo de solidificação de fibras crescidas a 15 mm/h em condições de
corrente directa (pólo positivo ligado à semente e o pólo negativo ligado ao
percursor de alimentação). Os resultados evidenciaram uma forte influência da
aplicação de corrente na natureza das fases cristalizadas e no grau de
alinhamento dos cristais supercondutores. Na presença de corrente eléctrica o
transporte do soluto na interface sólido/líquido é função do gradiente de soluto
local e do fenómeno de electromigração. As alterações das condições
termodinâmicas na interface de solidificação favoreceram a cristalização do
cuprato estável (Sr,Ca)14Cu24O41 e da fase supercondutora Bi2Sr2CaCu2O8 em
detrimento do cuprato metaestável (Sr,Ca)CuO2 e da fase Bi2Sr2CuO6,
respectivamente. A caracterização das fibras, por microscopia electrónica de
varrimento, pelas curvas de oscilação e através das figuras de polos, permitiu
mostrar que a aplicação da corrente aumenta significativamente o grau de
alinhamento dos cristais supercondutores ao longo do eixo da fibra, como
consequência da intensificação da migração longitudinal. As propriedades
supercondutoras, em particular a densidade de corrente crítica, Jc, aumentou
com a aplicação da corrente eléctrica até aos 50mA, tendo-se observado uma
deterioração das propriedades para intensidades de corrente superiores, como
consequência do menor teor de fase supercondutora 2212, resultante do
menor grau de reacção no recozimento das fibras.
Numa segunda parte do trabalho, estudou-se ainda o efeito do tempo de
tratamento térmico, tendo-se verificado que com o aumento do tempo de
recozimento a quantidade da fase supercondutora 2212 aumenta e a de fases
secundárias diminui de tal forma que os valores da densidade de corrente
crítica quase duplicam.
Por último, estudou-se o efeito simultâneo da velocidade de crescimento (30,
60 e 90 mm/h) e da aplicação de corrente eléctrica (0, 25 e 50mA). Com o
aumento da velocidade de crescimento verificou-se que a formação de fases
se afasta do equilíbrio e que a quantidade de líquido residual aumenta, uma
vez que não há tempo para haver cristalização. A aplicação da corrente
diminui de uma forma considerável a quantidade de líquido residual, devido à
alteração do gradiente de temperatura na interface de solidificação. Contudo, o
estudo efectuado para as três velocidades de crescimento mostrou que o
parâmetro com efeito dominante na microestrutura é o da velocidade de
crescimento, sobrepondo-se ao efeito da corrente. Os valores de densidade de
corrente crítica mais elevados foram obtidos nas fibras crescidas com
velocidades intermédias, 30 e 60mm/h, tendo o valor mais elevado sido obtido
aos 60mm/h, Jc=3400 A/cm2.
keywords
ABSTRACT: In the present work Bi2Sr2CaCu2O8 (2212) fibres were grown by laser floating
zone (LFZ) and by electrically assisted laser floating zone (EALFZ) techniques
aiming to improve the superconducting properties. In the first part of the work,
the effect of an electrical current application of 0, 25, 50 and 75mA during the
solidification process at 15mm/h was studied under conditions of direct current
(positive pole connected to the seed and negative to the feed rod). The results
evidenced a strong influence of the electrical current application on the
crystallized phases nature and on the grain alignment. In the presence of an
electrical current the solute transport at solid/liquid interface is a function of the
local solute gradient together with the electromigration phenomena.
Thermodynamic conditions modifications at the solidification interface in the
presence of an electrical current favour the crystallization of the stable cuprate
(Sr,Ca)14Cu24O41 and of the superconducting phase Bi2Sr2CaCu2O8 in behalf of
the metastable cuprate (Sr,Ca)CuO2 and of the Bi2Sr2CuO6 phase,
respectively. Fibres characterization by scanning electron microscopy, rocking
curves and pole figures had shown the effect of electrical current application on
texture, as a consequence of the longitudinal ionic migration intensification. The
superconducting properties, namely the critical current density, Jc, increase
with the electrical current application until 50mA. A decrease of values for
superior current intensities was observed, due to the lower amount of 2212
superconducting phase that result from the lesser reaction degree during fibres
annealing.
In the second part of the work, the effect of heat treatment time was studied.
With the increase of the annealing time it was verified that the amount of the
2212 superconducting phase increases and the secondary phases decreases
in such a way that the values of the critical current density almost duplicated.
The simultaneous effect of the fibres growth rate (30, 60 and 90 mm/h) and the
electrical current application (0, 25 and 50mA) was still studied. The phases
formation moves away from the equilibrium with the growth rate, together with
an increase in the amount of residual melt, once there is no time for
solidification to occur. The application of an electrical current diminishes
considerably the amount of residual melt, due to modification on thermal
gradient at the solidification interface. However, the parameter with dominant
effect on the microstructure is the growth rate, overlapping itself the effect of
current application. The highest values of critical current density were obtained
for fibres grown at intermediate pulling rates, 30 and 60mm/h, being the highest
value obtained for 60mm/h, Jc=3400 A/cm2. Mestrado em Física Aplicada
