Conectividade de grão e propriedades de transporte dos supercondutores cerâmicos

Abstract

O objectivo principal do trabalho é o estudo da influência das condições de processamento nas propriedades de transporte dos supercondutores cerâmicos de alta temperatura. As variáveis de processamento investigadas no sistema Y-Ba- Cu-O foram: i) temperatura de calcinação, ii) número de calcinações, iii) temperatura de sinterização, iv) tempo de sinterização e v) grau de pureza dos precursores. Estas variáveis provocam alterações microestruturais e químicas nos materiais, as quais vão afectar quer a temperatura de transição de supercondução quer a densidade de corrente crítica. As alterações microestruturais foram investigadas recorrendo sobretudo ao microscópio electrónico de varrimento, sendo a sua quantificação feita por técnicas de estereologia com análise quantitativa de imagem. Das alterações microestruturais produzidas pelas variáveis de processamento com maior influência nas propriedades de transporte destacam-se a densidade relativa das amostras e o grau de contiguidade entre grãos supercondutores. O teor de oxigénio do YBa₂Cu₃O₇₋ₓ, determinado por técnicas de titulação iodométrica, mostrou ser muito sensível às condições de processamento. Alterações no teor de oxigénio causam transições nas estruturas do material, as quais vão afectar a temperatura de transição de supercondução. As propriedades de transporte investigadas foram a variação da resistividade e susceptibilidade magnética em função da temperatura e a densidade de corrente crítica a 77K. Os resultados obtidos permitiram verificar que estas propriedades são efectivamente seníiveis às condições de processamento. Como estes materiais têm anisotropia de forma (grãos com a forma de placas), anisotropia no transporte de corrente e maior comprimento de coerência segundo o plano ab, há todo o interesse em implementar técnicas de processamento que possibilitem a orientação de grão. Para isso, recorreu-se à técnica de sinterização com forjagem. Este método permitiu obter amostras com densidades elevadas assim como elevados graus de orientação. No entanto, devido à elevada densidade e à disposição em camada dos grãos, estas amostras apresentaram baixo teor de oxigénio, chegando mesmo a atingir valores de oxigénio críticos (inferiores a 6.5 por célula unitária) o que conduz à presença de uma fase isoladora (tetragonal), a qual é preservada após tratamento térmico em oxigénio. Um outro sistema investigado foi o Bi-Sr-Ca-Cu-O. A obtenção de um produto monofásico com temperatura de transição de supercondução de 110K (fase "2223") é difícil uma vez que esta fase apresenta um intervalo de temperaturas de formação muito estreito: 870-880°C. Os resultados da susceptibilidade magnética permitiram provar que tempos de sinterização longos aumentam o teor daquela fase. A presença de uma pequena quantidade de fase líquida parece facilitar a sua formação. A forjagem deste sistema retarda a formação da fase dos 110K.