Кубанський державний університет
Дослідження мікроструктурних характеристик YBa2Cu3O7-d, отриманого модифікованим нітрат-сечовини методом
Сєрков Олександр Володимирович
Иванин Сергій Миколайович
Бузько Володимир Юрійович
г. Краснодар
Оксид ітрію-барію-міді YBa2Cu3O7? d, також відомий як YBCO, застосовується в якості високотемпературного надпровідника з критичною температурою TС=93 К більше температури кипіння рідкого азоту. Нітрат-сечовинний пірохіміческій метод, що володіє високою економічністю і простотою, широко застосовується для отримання різних складних оксидів, однак застосування цього методу для отримання надпровідних образів YBCO не описано.
Метою даної роботи було вивчення особливостей синтезу ітрій-барієвого купрата складу YBa2Cu3O7-d модифікованим пірохіміческім нітрат-сечовини методом і вивчення мікроструктурних характеристик отриманих зразків YBa2Cu3O7-d.
Попередньо нами були отримані класичним пірохіміческій нітрат-сечовини методом зразки складу YBa2Cu3O7-d і встановлено, що з причини високої екзотермічності реакції окислення сечовини нітратами металів крім бажаної надпровідної орторомбічної фази YBa2Cu3O7 поряд з несверхпроводящем фазою YBa2Cu3O6 утворюються в помітному кількості і побічна фаза Y2BaCuO5, понижающая критичну температуру досягнення надпровідності. Для усунення наночастинок фази Y2BaCuO5 вимагається окислювальний отжиг зразка не менше 6:00 при 8500С, при цьому в зразку YBCO утворюється суміш орторомбічної фази YBa2Cu3O7 і непроводящей тетрагональної фази YBa2Cu3O6. Для позбавлення від останньої доводиться вдаватися до відпалу в середовищі чистого кисню при 5000С протягом часу не менше 2-х годин, однак отриманий зразок складу YBa2Cu3O6,78 має TC практично на кордоні температури кипіння рідкого азоту.
У зв'язку з описаною проблемою нами був розглянутий варіант модифікованого пірохіміческого нітрат-сечовини методу, в якому частина прекурсорів складається з речовин знижують температуру синтезу YBCO за рахунок протікання відповідних ендотермічних реакцій. Для синтезу YBCO ми використовували: трехводний карбонат ітрію Y2 (CO3) 3 * 3H2O (х.ч.), нітрат барію Ba (NO3) 2 (х.ч.), нітрат окису міді Cu (NO3) 2 * 3CuO * 3H2O ( ч.д.а.), сечовину (H2N) 2CO кваліфікації (х.ч.).
Пірохіміческая реакція в суміші прекурсорів вироблялося при температурі вище 4500С в керамічному корундовому тиглі через деякий час нагріву з розкладанням нітратів і окислення використовуваного палива - сечовини та отриманням чорно-коричневого порошку YBCO, який потім прожарюють протягом 30 хвилин при 5000С.
Характеристики отриманого зразка YBCO вивчали методами растрової скануючої електронної мікроскопії (РСЕМ), дериватографія (ДТА), рентгенофазового аналізу (РФА) і електронного парамагнітного резонансу (ЕПР).
Яскраво виражений анізотропний вид спектра ЕПР зразка YBCO (g?=2.052; g ||=2.215) свідчить про переважання непроводящей тетрагональної фази при меншій кількості надпровідної орторомбічної фази. Цей висновок підтримується даними ДТА в окислювальному кисневій середовищі, згідно з якими отриманий зразок YBCO має склад YBa2Cu3O6,26. Вивчення отриманого зразка YBCO методом РФА показало, що поряд з фазами YBa2Cu3O6 і YBa2Cu3O7 присутній в малих кількостях також побічна фаза BaCuO2 і несверхпроводящем фаза Y2BaCuO5.
За даними РСЕМ отриманий зразок YBCO характеризується хорошою ступенем однорідності довгастих мікрочастинок із середнім розміром близько 6 ± 3? m і середнім розмір кристалітів YBa2Cu3O7-d рівним 250 ± 60 нм. Однак в отриманому описаним методом YBCO спостерігається помітне кількість побічної проперітектіческой волокнистої несверхпроводящем фази (Малюнок 1) складу Y2BaCuO5, що грає важливу роль у властивостях зразків ітрій-барієвого купрата. Ця фаза вважається ключовою в освіті структурних дефектів та відповідних точок вихрового піннінга в пріготавліваемих кераміках надпровідного ітрій-барієвого купрата.
Малюнок 1. Мікроструктура отриманого модифікованим пірохіміческім нітрат-сечовини методом зразка YBCO.
З метою зменшення кількості побічної фази Y2BaCuO5 при виготовленні кераміки YBCO нами був використаний підхід окисного хімічного травлення отриманого пірохіміческім нітрат-сечовини методом зразка YBCO в суміші з NH4NO3 (5: 1) при 2500С протягом 15 хвилин і подальшим спіканням в трубчастої печі в струмі повітря при 8500С протягом 4:00.
Аналіз мікроструктури модифікованого зразка YBCO...
