tulajdonságaira
2. KÍSÉRLETI RÉSZ
2.1.2. Alkálifluorid adalékok hatásának vizsgálata
A korábbi kutatások [82, 103-105] során azt tapasztalták, hogy a F--ion YBa2Cu3Oy
kristályrácsba való beépülésével a szupravezetési tulajdonságok kismértékben javíthatók.
Ezen kísérleteknél a fluort BaF2, CuF2 és YF3 formában vitték be, illetve utólagos NF3-ban valyK NH]HOpVWDONDOPD]WDN
Miután kísérleteim során bebizonyosodott a bárium káliummal ill. nátriummal való részleges
KHO\HWWHVtWpVpQHNNHGYH] KDWiVDH]pUWPHJYL]VJiOWDPKRJ\D]DONiOLIOXRULGDGDOpNRNPLO\HQ
hatást gyakorolnak a szövetszerkezetre és a szupravezetési tulajdonságokra. Az 1. táblázatban
PHJDGRWW NLLQGXOiVL |VV]HWpWHOOHO UHQGHONH] NHYHUpNHN HO iOOtWiViQiO D] HO ] NW O HOWpU HQ
nem KNO3-t és NaNO3-t, hanem KF⋅2H22 pV 1D) DODSDQ\DJRNDW KDV]QiOWDP $] HO iOOtWiVL
mód egyébként teljesen azonos volt a korábban ismertetettel, vagyis 950 °C-on 3 órás
K QWDUWiVVDOW|UWpQWD]03DQ\RPiVVDOSUpVHOWSDV]WLOOiNV]LQWHUHOpVHiUDPOyR[LJpQEHQ
dm3 O2K&KI WpVLLOOK WpVLVHEHVVpJDONDOPD]iViYDO
1. táblázat. A vizsgált F-tartalmú minták kiindulási és égetés utáni összetétele Kiindulási összetétel Égetés utáni összetétel YBa1,95K0,05Cu3OyF0,05 YBa1,95K0,015Cu3O6,736F0,05
(] HVHWEHQ LV KHYtW PLNURV]NySSDO PHJYL]VJiOWDP D] HO iOOtWRWW NHYHUpNHN KHYtWpV N|]EHQL
viselkedését ZrO2 DOiWpWHQ &PLQ I WpVL VHEHVVpJ DONDOPD]iViYDO GP3
O2/h áramlási
VHEHVVpJ R[LJpQEHQ)WiEOi]DW
A mérési eredmények azt mutatták, hogy ha az alkáli – mellett fluorid-ion bevitel is történt,
~J\DMHOOHJ]HWHVROYDGiVLK PpUVpNOHWHNW|EEQ\LUHPDJDVDEEDN)WiEOi]DWPLQWD]DGDOpN
nélküli, vagy csupán alkáli-iont tartalmazó minták esetén (F1. táblázat).
A 950 °C-RQ yUiQ iW WDUWy K NH]Hlés során ez esetben is bekövetkezett az alkáli-ionok párolgása a spektrométeres vizsgálatok alapján (1. táblázat), mégpedig a K-tartalmú mintáknál a kálium 70 – 76 %-a, míg a nátriumnak 66 – 72 %-a távozott el. Ugyanakkor a fluor-tartalomban az általam alkalmazott spektrofotometriás módszerrel [166] csupán a nagyobb (x = 0,10 és x = 0,15) NaF-tartalmú mintáknál lehetett 7 – 10 % fluor-veszteséget kimutatni (1. táblázat).
$ K NH]HOW PLQWiN Ii]LV|VV]HWpWHOpW U|QWJHQGLIIUDNFLyV PyGV]HUUHO YL]VJiOWDP D MHOHQOHY
fázisok mennyiségét pedig röntgendiffrakciós hígításos módszerrel [167] határoztam meg.
Ezen módszer is az Alexander és Klug által megadott egyenleten alapszik, mely szerint az n
NRPSRQHQVE O iOOy KRPRJpQ NHYHUpNEHQ D] L |VV]HWHY HJ\ NLYiODV]WRWW KNO-reflexiójának intenzitása (Ii) arányos a komponens keverékben található tömegtörtjével:
i
ahol: Ki - a komponens anyagától és a berendezés geometULiMiWyOIJJ iOODQGy
xi - az i. komponens tömegtörtje, ρi - D]LNRPSRQHQVV U VpJH
µ*i - az i. komponens tömegabszorpciós koefficiense,
i
* i ⋅x
Σµ - a keverékalkotók tömegabszorpciós koefficienseinek tömegtörttel súlyozott összegét jelenti.
$ U|QWJHQGLIIUDNFLyV KtJtWiVRV PyGV]HU HVHWpQ D YL]VJiODQGy L NRPSRQHQVVHO PLQ VpJLOHJ D]RQRV LVPHUW PHQQ\LVpJ γi) standard anyagot adunk a mintához. Az adott komponens
MHOOHP] UHIOH[LyMiQDN LQWHQ]LWiViW D KR]]iDGRWWγi mennyiségének függvényében ábrázolva egy olyan egyenest kapunk, ahol a vizsgálandó komponens mennyiségét az egyenes által az abszcisszából lemetszett szakasz abszolút nagysága adja [167].
A BaCuO2 PHQQ\LVpJpQHN YL]VJiODWiKR] D V]W|FKLRPHWULNXV PHQQ\LVpJ %D2+2⋅8H2O és CuO homogenizált keverékét pasztillázás után 900 °C-RQ yUiQ iW K NH]HOWHP V D] tJ\
kapott 96 % (m/m) BaCuO2 és 4 % (m/m) BaCO3|VV]HWpWHO DQ\DJRWDGWDPKR]]i– 20 % (m/m) mennyiségben a vizsgált mintákhoz. Az Y211 fázis mennyiségének meghatározásához az Y2BaCuO5Pt0,03 IHMH]HW V]W|FKLRPHWULNXV |VV]HWpWHO PLQWD &-on 5 órás égetésével kapott 99 % (m/m) Y2BaCuO5 és ~1 % (m/m) Ba4PtO6 |VV]HWpWHO DQ\DJRW
használtam. A CuO és BaF2 tartalmat a kiindulási anyagok felhasználásával határoztam meg.
Az így elvégzett fázisösszetétel vizsgálat azt mutatta, hogy alkálifluorid adalékok esetén több
RUWRURPERV < V NHYHVHEE NtVpU Ii]LV < &X2 NpS] G|WW PLQW D] DGDOpN
nélküli mintában (2. táblázat).
2. táblázat. A 950 °C-RQK NH]HOWPLQWiNIi]LVösszetétele Fázisösszetétel, % (m/m)
A KF-GDONpV]tWHWWPLQWiNW|EEV]XSUDYH]HW Ii]LVWWDUWDOPD]WDNPLQWD1D)-dal adalékoltak.
Az alkálifluorid mennyiségének egy adott határérték fölé növelése mindkét esetben a
V]XSUDYH]HW KiQ\DG FV|NNHQpVpKH] YH]HWHWW $ .123 és NaNO3 adalékkal készített mintákhoz hasonlóan, itt is az YBa1,95K0,05Cu3OyF0,05 ill. a nátriumot tartalmazóknál az
YBa1,95Na0,05Cu3OyF0,05 NLLQGXOiVL |VV]HWpWHOQpO NDSWDP D OHJQDJ\REE PHQQ\LVpJ V]XSUDYH]HW Ii]LVW
A röntgendiffrakciós felvételeken ugyanakkor a NaF adalékkal készített mintáknál kis intenzitással (kb. 1 % (m/m)) megjelentek a BaF2 OHJHU VHEE UHIOH[LyL LV 7HKiWD &-os
K NH]HOpVVRUiQD1D)IRUPiEDQEHYLWWIOXRUHJ\UpV]HWHUPLNXVDQVWDELO%D)2-t képez, míg a
IOXRU.)IRUPiEDQYDOyEHYLWHOHNRUQHPILJ\HOKHW Peg e fázis jelenléte.
A F--ion Y123 kristályrácsba való beépülésére vonatkozóan a rácsparaméterek
PHJKDWiUR]iViYDOSUyEiOWDPIHOHOHWHWNDSQL$K NH]HOWPLQWiNEDQWDOiOKDWyRUWRURPERV<
Ii]LV UiFVSDUDPpWHUHLQHN UHJUHVV]LyV DQDOt]LVVHO W|UWpQ PHJKDWiURzásakor (F5. táblázat) a 38 – 1433 számú ASTM kártyán megadott
a = 0,38185 nm
növekedése tapasztalható x HVHWpQ D] DGDOpN QpONOL PLQWiKR] NpSHVW DPL D EiULXPRW KHO\HWWHVtW -es koordinációs számú) K+-ion nagyobb ionsugarával magyarázható. Mindez a cellatérfogat növekedésében is kifejezésre jut.
A nátrium-fluoriddal adalékolt mintáknál a Na+ kisebb ionsugarából
(
rNa+ =0,124nm)
adódóan valamivel kisebb a c UiFVSDUDPpWHU YiOWR]iVD D]RQEDQ QHP ILJ\HOKHW PHJ HJ\pUWHOP WHQGHQFLD
Az alkáli-fluoridok bevitele miatt az oxigén fluorral való helyettesítésével is számolni kell. Az oxigén
(
rO2- =0,135nm)
és a fluorid-ion(
rF- =0,129nm)
KDVRQOy LRQVXJDUD pV HOWpU W|OWpVH PLDWWIHOWpWHOH]KHW KRJ\NpW)--ion helyettesít egy O2--iont, s mindez az egydimenziós Cu-O láncok széteséséhez és kétdimenziós CuF2 síkok kialakulásához vezet, ami csökkenti az ortorombos torzulást.
Kisebb fluor-tartalom esetén a F--ion az a tengely menti O(5) oxigén-hiányhelyekre épül be,
PDMGDKDORJpQH]pVIRNR]yGiViYDODOiQFRNEDQOHY R[LJpQHNHWKHO\HWWHVtWKHWL(OV GOHJHVHQ
az O(5) vakanciák fHOW|OW GpVHPHJ\YpJEHDPLD]a paraméter lineáris növekedésével és a b paraméter lineáris csökkenésével jár, vagyis egy folyamatos átmenet történik az ortorombosból a tetragonális szerkezetbe [103].
$] iOWDODP HO iOOtWRWW PLQWiNQiO D UiFVSDUDPpWHUHN LO\HQ MHOOHJ YiOWR]iVD QHP ILJ\HOKHW PHJWHKiWDUiFVSDUDPpWHUHNYiOWR]iVDQHPXWDOHJ\pUWHOP HQD)
--ion oxigén hiányhelyekre való beépülésére. Hasonló módon nem támasztja alá a F--ion oxigén hiányhelyekre való beépülését a mágneses szuszceptibilitás méréssel meghatározott Tc onset értékek változása sem
WiEOi]DW 8J\DQLV D EHpSO )
--ion mennyiségének növekedésével a Tc értékének
FV|NNHQQLH NHOOHQH >@ $] iOWDODP HO iOOtWRWW PLQWiNQiO YLV]RQW D] DONiOLIOXRULG DGDOpN
hatására a Tc onset értékének (1-3 K-es) növekedése tapasztalható az adalék nélküli mintához képest (Tc onset = 96 K).
WiEOi]DW$K NH]HOWPLQWiNIL]LNDLMHOOHP] L
Kiindulási összetétel 950 °C-RQK NH]HOWPLQWiN poroziméterrel végzett pórustérfogat vizsgálatok azt mutatták, hogy alkálifluorid adalékok esetén (különösen Na+ és F--LRQRNQiO QDJ\REE PHQQ\LVpJ ROYDGpNIi]LV NHOHWNH]LN H]iOWDO
tömörebb szerkezet jön létre, mint az adalék nélküli, ill. a csak alkáli adalékot tartalmazó
PLQWiQiO WiEOi]DW 0HJILJ\HOKHW WRYiEEi KRJ\ D] DONiOi adalékokkal ellentétesen az alkálifluoridok mennyiségének növelésével egyre tömörebb szerkezetet kapunk. Ezzel
HJ\LGHM OHJDNULWLNXViUDPV U VpJ-cpUWpNHLVQ $OHJQDJ\REE!$FP2
) Jc értéket az YBa1,95K0,05Cu3OyF0,05, YBa1,90K0,10Cu3OyF0,10 és YBa1,90Na0,10Cu3OyF0,10 kiindulási összetételeknél mértem a VE Szilikát- és Anyagmérnöki Tanszékén összeállított berendezéssel (F12. ábra).
$ K NH]HOW PLQWiN HOHNWURQPLNURV]NySL IHOYpWHOHLQ )– ) iEUD D] LV PHJILJ\HOKHW
hogy a K adalékhoz hasonlóan a K+ és F-HJ\WWHVEHYLWHOHHVHWpQOpQ\HJHVHQQDJ\REEPpUHW
(5 – 20 µPV]XSUDYH]HW NULVWiO\RNNpS] GQHNPLQWD]DGDOpNRODWODQPLQWiNQiOXJ\DQDNNRU
a NaF adalék a kristálynövekedést (3 – 15 µP NHYpVEp EHIRO\iVROMD $ V]XSUDYH]HW
kristályok növekeGpVH NHGYH] HQ KDWRWW D PiJQHVHV WXODMGRQViJRNUD $ 9( 6]LOLNiW- és Anyagmérnöki Tanszékén kifejlesztett berendezéssel végzett Meissner-effektus vizsgálat szerint (F13. ábra) – DKRO D 0HLVVQHU HIIHNWXV D] DGRWW W|PHJ V]XSUDYH]HW KDWiViUD D]
oszcillátor rH]J N|UpEH NDSFVROW WHNHUFV LQGXNWLYLWiV YiOWR]iViQDN N|YHWNH]WpEHQ IHOOpS
frekvenciaváltozással arányos – a KF tartalmú mintáknál nagyobb Meissner-HIIHNWXVPpUKHW
mint az adalék nélküli, vagy NaF adalékkal készítetteknél (23. ábra).
iEUD$NO|QE|] W|PHJ K NH]HOWPLQWiN0HLVVQHU-HIIHNWXViUDMHOOHP]
frekvenciaváltozások