Supercondutores crescidos por fusão de zona com laser assistida com corrente eléctrica

Abstract

No presente trabalho desenvolveu-se uma nova técnica de crescimento de materiais para o processamento de fibras de supercondutoras policristalinas do sistema Bi-Sr-Ca-Cu-O: a Fusão de Zona com Laser Assistida com Corrente Eléctrica (EALFZ). A aplicação de uma corrente eléctrica durante o processo de solidificação modifica significativamente a mobilidade iónica no fundido. A segregação na interface de solidificação passa a resultar da competição entre dois mecanismos: a electromigração devido a aplicação da corrente eléctrica e o transporte de soluto inerente ao processo de solidificação convencional. A natureza e morfologia das fases desenvolvidas é drasticamente alterada e consequentemente as propriedades supercondutoras. Estudou-se a influencia dos vários parâmetros de processamento na microestrutura e nas propriedades supercondutoras das fibras, em particular o efeito da composição nominal, da polaridade e intensidade da corrente eléctrica, da velocidade de crescimento e das condiç8es de tratamento termico na densidade de corrente critica. O estudo efectuado mostra que a aplicação de uma corrente eléctrica: i) altera a natureza da fase de cristalização primaria de (Sr,Ca)CuO, para (Sr,Ca)14C~Z404ii)1 p; romove a cristalização de fases de equilíbrio; iii) modifica a morfologia dos cristais favorecendo o refinamento de grão; iv) intensifica o grau de alinhamento dos cristais supercondutores; v) acelera a cinética de formação da fase de alta temperatura critica, a fase 2223, após tratamento termico; vi) aumenta a densidade de corrente critica.

In the present work a new technique for growing polycrystaliine superconducting fibres from Bi-Sr-Ca-Cu-O system was developed: the Electrically Assisted Laser Floating Zone (EALFZ). The application of an eiectric current during the solidification process affects considerably the ionic mobility in the melt. The segregation at the solidification interface resuits from the competition between two mechanisms: eiectromigration phenomena due to the presence of an electric field and the local gradient soiute imposed by the conventionai zone meiting process. The phase nature and morphology are drasticaily modified and consequently the superconducting properties. The influence of process parameters on the microstructure and superconducting properties of the fibres was investigated, namely: the effect of fibre nominal composition, of polarity and electric current intensity, pulling rate and heat treatment conditions on the critical current density. This study reveals that the application on an electric current: i) changes the nature of primary solidification phase from (Sr,Ca)CuO, to (SriCa)i4C~2404i; ii) promotes the solidification of equiiibrium phases; iii) modifies the crystal morphoiogy promoting grain refining; iv) increases the aiignment degree of superconducting crystals; v) favors the development of the high temperature phase, the 2223 phase; vi) increases the criticai current density.