Transcript Eniszné dr. Bódog Margit diái
Slide 1
Előállítási módszerek és ionhelyettesítések hatása
a kerámia szupravezetők tulajdonságaira
Száz éves a szupravezetés
Az MTA Műszaki Tudományok Osztályának
tudományos ülése
Eniszné dr. Bódogh Margit egyetemi docens
Pannon Egyetem, Veszprém,
Anyagmérnöki Intézet
Eniszné dr. Bódogh Margit : Előállítási módszerek és ionhelyettesítések
1 / 20
100 éves a szupravezetés, Pannon
MTA MTO,Egyetem
2011. nov. 10.
Slide 2
Bevezetés
• Ionhelyettesítések és adalék anyagok befolyásolhatják a
szupravezető anyag:
–
–
–
–
–
fázisösszetételét,
olvadási viselkedését,
kristálynövekedést,
tömörségét, porozitását,
pórusméret eloszlását
ezáltal a fizikai tulajdonságokat
2 / 20
Pannon Egyetem
Slide 3
Tartalom
• Kálium és ólom adalékok hatásának vizsgálata
–
–
–
–
–
–
Összetétel és hőkezelési paraméterek változtatása
Szinterelt minták fázisösszetételének vizsgálata
Kristályos fázisok rácsparamétereinek vizsgálata
Hevítéses röntgenkamrás vizsgálatok
Hevítőmikroszkópi vizsgálatok
Égetési alátéttel lejátszódó reakciók vizsgálata
Y Ba2 Cu3 Oy
Eu3+
Pr3+
Na+
K+
3 / 20
Pb2+
F-
Pannon Egyetem
Slide 4
Nátrium és Ólom Adalékok Vizsgálata
Ba →2 5% Na, Cu → 3,3%Pb
YBa2Cu3Oy
YBa1,95Na0,05Cu3Oy
YBa2Cu2,9Pb0,1Oy
YBa1,95Na0,05Cu2,9Pb0,1Oy
ELŐSZINTERELÉS
(920°C, 2h, 300°C/h fűtési és hűtési sebesség)
SZINTERELÉS
300°C/h
1100°C, 20min
300°C/h
1050°C, 20min
1000°C
2°C/h
950°C, 2h
2°C/h
2°C/h
950°C, 2h
300°C/h
300°C/h
20°C
1000°C, 20min
300°C/h
300°C/h
1000°C
300°C/h
20°C
4 / 20
950°C, 2h
300°C/h
20°C
Pannon Egyetem
Slide 5
Szinterelt minták szövetszerkezete
YPb, 1050°C (0,37 g/gminta)
YPb, 1000°C (0,57 g/gminta)
YNaPb, 1050°C (0,36 g/gminta)
YNaPb, 1000°C (0,46 g/gminta)
5 / 20
Pannon Egyetem
Slide 6
Kálium és Ólom Adalékok Vizsgálata
Ba → 2,5 % K
Cu → 5 % Pb
YBa2Cu3Oy
(123)
YBa1,95K0,05Cu3Oy
(123K)
YBa1,95K0,05Cu2,85Pb0,15Oy
(123K,Pb)
Y1,8Ba2,4Cu3,4Oy
(Y1,8)
(~20% Y2BaCuO5 (211))
Y1,8Ba2,34K0,06Cu3,4Oy
(Y1,8K)
Y1,8Ba2,34K0,06Cu3,23Pb0,17Oy
(Y1,8K,Pb)
6 / 20
Pannon Egyetem
Slide 7
Kálium és Ólom Tartalmú minták Hőkezelése
ELŐSZINTERELÉS
(930°C, 2h, 300°C/h fűtési és hűtési sebesség)
I. SZINTERELÉS
300°C/h
1100°C, 2h
300°C/h
950°C, 2h
300°C/h, oxigén
20°C
Porítás nélkül
II. SZINTERELÉS
300°C/h
1010°C, 0h
300°C/h
1000°C, 0h
2°C/h
TP = 1010°C: YBa2Cu3Oy → Y2BaCuO5 + olvadék
(123)
(211)
950°C, 2h
300°C/h, oxigén
20°C
7 / 20
Pannon Egyetem
Slide 8
Szinterelt minták fázisösszetétele
• Készülék típusa: Philips PW3710
I. szinterelés, 1100°C
II. szinterelés, 1010°C
Fázisösszetétel, %(m/m)
Fázisösszetétel, %(m/m)
Minta
jele
123
211
BaCuO2
BaCO3
CuO
123
211
BaCuO2
BaCO3
CuO
123
96
-
3
<1
<1
99
-
-
1
-
123K
97
-
-
2
1
98
-
-
1
1
123K,Pb
90
10
-
~
-
92
8
-
-
-
Y1,8
44
33
22
1
-
68
32
-
-
-
Y1,8K
83
17
-
-
-
81
19
-
-
-
Y1,8K,Pb
77
23
-
-
-
77
23
-
-
-
8 / 20
Pannon Egyetem
Slide 9
1010°C-on Szinterelt YKPb Morfológiája
• Készülék típusa: Philips XL30-ESEM
YKPb, 1010°C
Mágneses lebegtető erő: 1,9 g/gminta
9 / 20
Pannon Egyetem
Slide 10
Kristályos Fázisok Rácsparamétereinek Vizsgálata
Ion
Koordinációs
Ionsugár, (r)
∆rPb
∆rK
szám
nm
%
%
Cu+
4
0,060
+63,33
+128,33
Cu2+
4
0,057
+71,93
+140,35
Cu2+
5
0,065
+12,31
-
Cu3+
6
0,054
+120,37
+155,56
Ba2+
10
0,152
-7,89
+4,61
Y3+
8
0,1019
+26,59
+48,18
Pb2+
4
0,098
Pb2+
5
0,073
Pb2+
6
0,119
Pb2+
8
0,129
Pb2+
10
0,140
K+
4
0,137
K+
6
0,138
K+
8
0,151
K+
10
0,159
10 / 20
Pannon Egyetem
Slide 11
123 és 211 Fázisok Cellatérfogatának Vizsgálata
Cellatérfogat, nm3
minta
Standardtól való eltérés, %
YBa2Cu3Oy
Y2BaCuO5
YBa2Cu3Oy
Y2BaCuO5
(123)
(211)
(123)
(211)
standard
173,30
491,60
I/123
172,20
-
-0,64
-
I/123K,Pb
171,87
-
-0,83
-
I/Y1,8
172,85
489,21
-0,26
-0,49
I/Y1,8K,Pb
172,65
491,02
-0,40
-0,12
II/123
173,96
-
+0,38
II/123K,Pb
173,99
-
+0,40
II/Y1,8
173,66
+0,20
II/Y1,8K,Pb
173,76
+0,26
11 / 20
Pannon Egyetem
Slide 12
Hevítéses Röntgenkamrás Vizsgálatok
• Készülék típusa: HTK 16 Anton Paar
25°C
50°C/min,
levegő
1100°C, 8 min (2θ = 28 – 36°)
50°C/min
1000°C
50°C/min
20 mg ELŐSZINTERELT MINTA
(Pt alátét)
990°C,8 min
50°C/min
960°C,8 min
123
123K,Pb
Y1,8
Y1,8K,Pb
50°C/min
930°C, 8 min
50°C/min
890°C, 8 min
50°C/min
25°C
12 / 20
Pannon Egyetem
Slide 13
Hevítéses Röntgenkamrás Felvételek
123 minta
123 K, Pb minta
13 / 20
Pannon Egyetem
Slide 14
Hevítéses Röntgenkamrás Felvételek
Y 1,8 minta
Y 1,8 K, Pb minta
14 / 20
Pannon Egyetem
Slide 15
123 K, Pb Minta Elektromikroszkópi Vizsgálata
Ba2PbO4 fázis
15 / 20
Pannon Egyetem
Slide 16
Hevítőmikroszkópi Vizsgálatok
•
Készülék típusa: Zeiss MHO-2
•
1. jelű pont
123 fázis inkongruens olvadási hőmérséklete
123
•
~1200°C
Y2O3 + olvadék
3
4
2
1
3. jelű pont
Eleve a mintában levő 211 fázis bomlása
211
•
211 + olvadék
2. jelű pont
Az 123 fázis bomlásakor keletkező 211 fázis
bomlása
211
•
~1000°C
~1260°C
Y2O3 + olvadék
4. jelű pont
A minta olvadása
(Liquidus hőmérséklet ~1300°C)
16 / 20
Pannon Egyetem
Slide 17
Hevítőmikroszkópi Vizsgálatok
Y 1,8 minta hevítőmikroszkópi felvétele
Jellemző hőmérséklet, °C
Irodalmi
123
123K,Pb
Y1,8
Y1,8K,Pb
1. jelű pont
1000
1040
1040
1060
1060
2. jelű pont
1200
1220
1200
1180
1120
3. jelű pont
1260
-
-
1240
1180
4. jelű pont
1300
1360
1320
1340
1320
17 / 20
Pannon Egyetem
Slide 18
Égetési Alátéttel Lejátszódó Reakciók Vizsgálata
• Előszinterelt minták (<63 µm): 123 és Y1,8
• Égetési alátét: KORUND (α-Al2O3) és ZrO2
• Égetési csúcshőmérséklet: 1010°C (~TP)
123 minta, 1010°C
Korund alátét
Y 1,8 minta, 1010°C
Korund alátét
18 / 20
Y 1,8 minta, 1010°C
ZrO2 alátét
Pannon Egyetem
Slide 19
Összefoglalás
• A minták összetételének és égetési feltételeinek változtatása
alapján az YBa1,95K0,05Cu2,85Pb0,15Oy (123K,Pb) összetételű,
1100°C-on majd 1010°C-on ismételten szinterelt minta
rendelkezett a legkedvezőbb fázisösszetétellel és mágneses
tulajdonságokkal
19 / 20
Pannon Egyetem
Slide 20
Köszönetnyilvánítás
Dr. Kotsis Leventéné
Réti József
Németh Dóra
Oravetz Dezső
Bakos Ferencné
Papné Schmidt Éva
A jelen előadás részben a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0025
azonosítójú projekt támogatásával valósult meg
20 / 20
Pannon Egyetem
Előállítási módszerek és ionhelyettesítések hatása
a kerámia szupravezetők tulajdonságaira
Száz éves a szupravezetés
Az MTA Műszaki Tudományok Osztályának
tudományos ülése
Eniszné dr. Bódogh Margit egyetemi docens
Pannon Egyetem, Veszprém,
Anyagmérnöki Intézet
Eniszné dr. Bódogh Margit : Előállítási módszerek és ionhelyettesítések
1 / 20
100 éves a szupravezetés, Pannon
MTA MTO,Egyetem
2011. nov. 10.
Slide 2
Bevezetés
• Ionhelyettesítések és adalék anyagok befolyásolhatják a
szupravezető anyag:
–
–
–
–
–
fázisösszetételét,
olvadási viselkedését,
kristálynövekedést,
tömörségét, porozitását,
pórusméret eloszlását
ezáltal a fizikai tulajdonságokat
2 / 20
Pannon Egyetem
Slide 3
Tartalom
• Kálium és ólom adalékok hatásának vizsgálata
–
–
–
–
–
–
Összetétel és hőkezelési paraméterek változtatása
Szinterelt minták fázisösszetételének vizsgálata
Kristályos fázisok rácsparamétereinek vizsgálata
Hevítéses röntgenkamrás vizsgálatok
Hevítőmikroszkópi vizsgálatok
Égetési alátéttel lejátszódó reakciók vizsgálata
Y Ba2 Cu3 Oy
Eu3+
Pr3+
Na+
K+
3 / 20
Pb2+
F-
Pannon Egyetem
Slide 4
Nátrium és Ólom Adalékok Vizsgálata
Ba →2 5% Na, Cu → 3,3%Pb
YBa2Cu3Oy
YBa1,95Na0,05Cu3Oy
YBa2Cu2,9Pb0,1Oy
YBa1,95Na0,05Cu2,9Pb0,1Oy
ELŐSZINTERELÉS
(920°C, 2h, 300°C/h fűtési és hűtési sebesség)
SZINTERELÉS
300°C/h
1100°C, 20min
300°C/h
1050°C, 20min
1000°C
2°C/h
950°C, 2h
2°C/h
2°C/h
950°C, 2h
300°C/h
300°C/h
20°C
1000°C, 20min
300°C/h
300°C/h
1000°C
300°C/h
20°C
4 / 20
950°C, 2h
300°C/h
20°C
Pannon Egyetem
Slide 5
Szinterelt minták szövetszerkezete
YPb, 1050°C (0,37 g/gminta)
YPb, 1000°C (0,57 g/gminta)
YNaPb, 1050°C (0,36 g/gminta)
YNaPb, 1000°C (0,46 g/gminta)
5 / 20
Pannon Egyetem
Slide 6
Kálium és Ólom Adalékok Vizsgálata
Ba → 2,5 % K
Cu → 5 % Pb
YBa2Cu3Oy
(123)
YBa1,95K0,05Cu3Oy
(123K)
YBa1,95K0,05Cu2,85Pb0,15Oy
(123K,Pb)
Y1,8Ba2,4Cu3,4Oy
(Y1,8)
(~20% Y2BaCuO5 (211))
Y1,8Ba2,34K0,06Cu3,4Oy
(Y1,8K)
Y1,8Ba2,34K0,06Cu3,23Pb0,17Oy
(Y1,8K,Pb)
6 / 20
Pannon Egyetem
Slide 7
Kálium és Ólom Tartalmú minták Hőkezelése
ELŐSZINTERELÉS
(930°C, 2h, 300°C/h fűtési és hűtési sebesség)
I. SZINTERELÉS
300°C/h
1100°C, 2h
300°C/h
950°C, 2h
300°C/h, oxigén
20°C
Porítás nélkül
II. SZINTERELÉS
300°C/h
1010°C, 0h
300°C/h
1000°C, 0h
2°C/h
TP = 1010°C: YBa2Cu3Oy → Y2BaCuO5 + olvadék
(123)
(211)
950°C, 2h
300°C/h, oxigén
20°C
7 / 20
Pannon Egyetem
Slide 8
Szinterelt minták fázisösszetétele
• Készülék típusa: Philips PW3710
I. szinterelés, 1100°C
II. szinterelés, 1010°C
Fázisösszetétel, %(m/m)
Fázisösszetétel, %(m/m)
Minta
jele
123
211
BaCuO2
BaCO3
CuO
123
211
BaCuO2
BaCO3
CuO
123
96
-
3
<1
<1
99
-
-
1
-
123K
97
-
-
2
1
98
-
-
1
1
123K,Pb
90
10
-
~
-
92
8
-
-
-
Y1,8
44
33
22
1
-
68
32
-
-
-
Y1,8K
83
17
-
-
-
81
19
-
-
-
Y1,8K,Pb
77
23
-
-
-
77
23
-
-
-
8 / 20
Pannon Egyetem
Slide 9
1010°C-on Szinterelt YKPb Morfológiája
• Készülék típusa: Philips XL30-ESEM
YKPb, 1010°C
Mágneses lebegtető erő: 1,9 g/gminta
9 / 20
Pannon Egyetem
Slide 10
Kristályos Fázisok Rácsparamétereinek Vizsgálata
Ion
Koordinációs
Ionsugár, (r)
∆rPb
∆rK
szám
nm
%
%
Cu+
4
0,060
+63,33
+128,33
Cu2+
4
0,057
+71,93
+140,35
Cu2+
5
0,065
+12,31
-
Cu3+
6
0,054
+120,37
+155,56
Ba2+
10
0,152
-7,89
+4,61
Y3+
8
0,1019
+26,59
+48,18
Pb2+
4
0,098
Pb2+
5
0,073
Pb2+
6
0,119
Pb2+
8
0,129
Pb2+
10
0,140
K+
4
0,137
K+
6
0,138
K+
8
0,151
K+
10
0,159
10 / 20
Pannon Egyetem
Slide 11
123 és 211 Fázisok Cellatérfogatának Vizsgálata
Cellatérfogat, nm3
minta
Standardtól való eltérés, %
YBa2Cu3Oy
Y2BaCuO5
YBa2Cu3Oy
Y2BaCuO5
(123)
(211)
(123)
(211)
standard
173,30
491,60
I/123
172,20
-
-0,64
-
I/123K,Pb
171,87
-
-0,83
-
I/Y1,8
172,85
489,21
-0,26
-0,49
I/Y1,8K,Pb
172,65
491,02
-0,40
-0,12
II/123
173,96
-
+0,38
II/123K,Pb
173,99
-
+0,40
II/Y1,8
173,66
+0,20
II/Y1,8K,Pb
173,76
+0,26
11 / 20
Pannon Egyetem
Slide 12
Hevítéses Röntgenkamrás Vizsgálatok
• Készülék típusa: HTK 16 Anton Paar
25°C
50°C/min,
levegő
1100°C, 8 min (2θ = 28 – 36°)
50°C/min
1000°C
50°C/min
20 mg ELŐSZINTERELT MINTA
(Pt alátét)
990°C,8 min
50°C/min
960°C,8 min
123
123K,Pb
Y1,8
Y1,8K,Pb
50°C/min
930°C, 8 min
50°C/min
890°C, 8 min
50°C/min
25°C
12 / 20
Pannon Egyetem
Slide 13
Hevítéses Röntgenkamrás Felvételek
123 minta
123 K, Pb minta
13 / 20
Pannon Egyetem
Slide 14
Hevítéses Röntgenkamrás Felvételek
Y 1,8 minta
Y 1,8 K, Pb minta
14 / 20
Pannon Egyetem
Slide 15
123 K, Pb Minta Elektromikroszkópi Vizsgálata
Ba2PbO4 fázis
15 / 20
Pannon Egyetem
Slide 16
Hevítőmikroszkópi Vizsgálatok
•
Készülék típusa: Zeiss MHO-2
•
1. jelű pont
123 fázis inkongruens olvadási hőmérséklete
123
•
~1200°C
Y2O3 + olvadék
3
4
2
1
3. jelű pont
Eleve a mintában levő 211 fázis bomlása
211
•
211 + olvadék
2. jelű pont
Az 123 fázis bomlásakor keletkező 211 fázis
bomlása
211
•
~1000°C
~1260°C
Y2O3 + olvadék
4. jelű pont
A minta olvadása
(Liquidus hőmérséklet ~1300°C)
16 / 20
Pannon Egyetem
Slide 17
Hevítőmikroszkópi Vizsgálatok
Y 1,8 minta hevítőmikroszkópi felvétele
Jellemző hőmérséklet, °C
Irodalmi
123
123K,Pb
Y1,8
Y1,8K,Pb
1. jelű pont
1000
1040
1040
1060
1060
2. jelű pont
1200
1220
1200
1180
1120
3. jelű pont
1260
-
-
1240
1180
4. jelű pont
1300
1360
1320
1340
1320
17 / 20
Pannon Egyetem
Slide 18
Égetési Alátéttel Lejátszódó Reakciók Vizsgálata
• Előszinterelt minták (<63 µm): 123 és Y1,8
• Égetési alátét: KORUND (α-Al2O3) és ZrO2
• Égetési csúcshőmérséklet: 1010°C (~TP)
123 minta, 1010°C
Korund alátét
Y 1,8 minta, 1010°C
Korund alátét
18 / 20
Y 1,8 minta, 1010°C
ZrO2 alátét
Pannon Egyetem
Slide 19
Összefoglalás
• A minták összetételének és égetési feltételeinek változtatása
alapján az YBa1,95K0,05Cu2,85Pb0,15Oy (123K,Pb) összetételű,
1100°C-on majd 1010°C-on ismételten szinterelt minta
rendelkezett a legkedvezőbb fázisösszetétellel és mágneses
tulajdonságokkal
19 / 20
Pannon Egyetem
Slide 20
Köszönetnyilvánítás
Dr. Kotsis Leventéné
Réti József
Németh Dóra
Oravetz Dezső
Bakos Ferencné
Papné Schmidt Éva
A jelen előadás részben a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0025
azonosítójú projekt támogatásával valósult meg
20 / 20
Pannon Egyetem