Otimização dos Parâmetros de Tratamento Térmico da Eletrocerâmica SmBa2Cu3O7-d

Abstract

Nesta dissertação, amostras da cerâmica policristalina do tipo SmBa2Cu3O7-δ (Sm-123) foram preparadas por reação sólido-vapor. Para tal finalidade, foi realizada a mistura dos reagentes Sm2O3, BaCO3 e CuO na relação estequiométrica de 1Sm:2Ba:3Cu. O material foi então macerado em um gral de ágata por uma hora e compactado em formato cilíndrico com diâmetro de 8 mm. As pastilhas foram feitas em uma matriz de compactação com aplicação de uma pressão uniaxial de 3,0 toneladas por 5 minutos. Depois disso, elas foram submetidas a tratamento térmico em forno tubular horizontal isostático. No primeiro tratamento térmico (calcinação) para formação do precursor realizado em forno aberto, foram utilizadas duas isotermas 930 ºC e 960 ºC por 40 horas e resfriamento pela inércia da termodinâmica do forno. Logo após, as amostras foram maceradas, compactadas novamente e submetidas ao segundo tratamento térmico (sinterização) sob fluxo constante de oxigênio com taxa de 10 bolhas/minuto com isotermas de 960 ºC e 1060 ºC por período de 72 horas. Depois disto as amostras foram resfriadas até 520 ºC pela inércia do forno ou com uma taxa de resfriamento de 5 ºC/min e mantidas naquele patamar por 24 horas. Em seguida, foram utilizados os mesmos parâmetros de resfriamento até atingir a temperatura ambiente. As amostras foram caracterizadas por técnicas de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por dispersão de energia e determinação de densidade aparente pelo método de Arquimedes. Os resultados dos difratogramas indicaram a predominância da fase Sm-123 com duas estruturas cristalinas: tetragonal e ortorrômbica. Além disso, surgiram fases espúrias resultantes de reação incompleta e/ou queima excessiva. Foi observado que umas das amostras, a amostra D, apresentou 62,5% de fase ortorrômbica, 24,4% de fase tetragonal e 13% de fases não identificadas. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura indicaram que as amostras apresentaram tamanho médio de contorno de grão entre 1,70 e 2,30 µm, exceto a amostra M, que teve valor da ordem de 10,20 µm. Por fim, as medidas de densidade relativa indicaram que são dependentes do processo de tratamento térmico e seus resultados variaram entre 79% e 96% da densidade teórica. Entretanto, nenhuma das amostras apresentou transição supercondutora acima de 77 K. Conclui-se que os tratamentos de calcinação exercem forte influência na microestrutura, na formação das fases e

In this dissertation, samples of SmBa2Cu3O7-δ (Sm-123) polycrystalline ceramics were prepared through solid-vapor reaction. For this purpose, the mixture of Sm2O3, BaCO3, and CuO was mixed in the stoichiometric reaction of 1Sm:2Ba:3Cu. The tablets were made in a ceramics compaction matrix with the application of a 3.0 ton, single-axle pressure for 5 minutes. After that, they were subjected to thermal treatment in a horizontal isostatic tubular oven. To obtain the precursor in an open furnace, in the first thermal treatment (calcination) we used two isotherms 930 ºC and 960 ºC for 40 hours and cooling through the inertial thermodynamics of the furnace. After that, the samples were macerated, compacted once more, and subjected to a second thermal treatment (sintering) under a constant oxygen flow of 10 bubbles/min with isothermals of 960 ºC and 1060 ºC for 72 hours. Then the samples were cooled to 520 ºC through the furnace’s inertia at a rate of 5 ºC/min and sustained at that level for 24 hours. At that point, the same cooling parameters were used until reaching room temperature. The samples were characterized by X-ray diffraction techniques, electron scanning microscopy, energy dispersion spectroscopy, and apparent density determination by the Archimedes method. The diffractogram results indicated the predominance of the Sm-123 phase with two crystalline structures: tetragonal and orthorhombic. Besides, spurious phases resulted from incomplete reaction and/or excessive burning. It was observed that one of the samples, sample D, presented 62.5% of orthorhombic phase, 24.4% of tetragonal phase, and 13% of unidentified phases. The micrographs obtained by electron microscopy scanning indicated that the samples had an average grain boundary radius between 1.70 and 2.30 µm, except for sample M, which had a value of the order of 10.20 µm. Finally, the relative density measures indicated that they are dependent on the heat treatment process, and the results varied between 79% and 96% of the theoretical density. However, none of the samples showed a superconducting transition above 77 K. Thus, we conclude that the calcination treatments have a strong influence on the microstructure, phase formation, and density of the Sm-123 ceramic.