Задания

1. Получите с помощью MTGтехнологииBi-2212 кольца-фрагменты магнитного экрана.

   1. Порошок Bi-2212 смешайте с 3-5% органической связки, отвесьте двухграммовые порции, поместите в пресс-форму и спрессуйте (P=3 ГПа) заготовки (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Фрагмент магнитного экрана

1. Прессовки поместите в пресс и обожгите по заданному температурному режиму.

1. Определите плотность фрагментов.

2. Исследуйте текстуру ВТСП материала.

   1. Отшлифуйте боковую, нижнюю и верхнюю поверхности.

   2. Обработайте шлифованные поверхности раствором едкого натра и определите с помощью микроскопа величину зерен, их распределение по координатам, а также состояние межзеренных границ.

3. Составьте отчет, содержащий данные о плотности ВТСП материала, распределении размеров зерен, их формы и состоянии межзеренных границ.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте керамические и расплавные методы получения ВТСП изделий.

2. Назовите основные применения ВТСП керамики.

3. Как влияют особенности текстуры ВТСП керамики на ее свойства?

4. Охарактеризуйте плотность и пористость керамики.

5. Охарактеризуйте процессы формообразования керамики.

6. Какие процессы протекают при спекании керамики?

7. Чем отличается спекание ВТСП от спекания обычной керамики?

Литература

1. Поляков Технология керамических радиоэлектронных материалов – М.:Радио и связь , 1989. – 200 с.

2. Окидзаки К. Технология керамических диэлектриков – М.: Энергия, 1976. – 336 с.

4.4. Исследование свойств колец-фрагментов магнитного экрана

Целью работыявляется изучение контактных и бесконтактных методов измерения критических токов ВТСП, измерение критических токов образцов с различной текстурой и точностью.

Общие сведения

Критическая плотность токаявляется одним из основных параметров сверхпроводников, определяющих возможности их практического применения. Вместе с тем изучение процессов токопереноса представляет интерес не только с технической, но и с физической точки зрения, т.к. многие возникающие здесь явления имеют глубокую физическую природу и позволяют получить информацию о некоторых параметрах сверхпроводящего состояния. Кроме того, информация о транспортных свойствах сверхпроводника позволяет оценить правильность выбранных технологических режимов и вовремя провести их корректировку.

Так же, как для низкотемпературных сверхпроводников, для определения критического тока в ВТСП используют две группы методов: контактныеибесконтактные.

Контактные методы, как правило, реализуются в четырехзондовой схеме с использованием стационарного или импульсного режимов измерения. В обоих случаях регистрируют момент перехода сверхпроводника в резистивное состояние.

Основной проблемой для контактных методов является именно фиксация переходав резистивное состояние. Обычно это осуществляется по появлении на потенциальных контактах некоторого порогового напряженияU_С, определяемого чувствительностью аппаратуры. Характерные значенияU_С, используемые в экспериментах, составляют 10^-6–10^-7В при типичных расстояниях в между потенциальными зарядами 0,1–10 мм. Это соответствует возникновению пороговой напряженности поляE_С=10^-4–10^-7В/см.

Суть проблемы заключается в том, что количество вихревых нитей, проходящих между потенциальными контактами на единицу длины в единицу времени, может быть определено как

N=Uc/(Ф₀l), (4.3)

где Ф₀– квант магнитного потока.

С учетом величины l,Nпринимает значения 10¹⁰–10¹³1/(с·м) и оказывается достаточно большим. Иными словами, при указанных значениях порогового параметра образец уже находится достаточно далеко от порогового состояния, и возникает вопрос о погрешности в определенномj_c.

Было установлено, что ВАХ ВТСП вблизи j_cможет быть описана с помощью соотношения

E=C(j-j_c)^α. (4.4)

Для классических сверхпроводников это соотношение справедливо в режиме вязкого потока (α=1). Таким образом, величинаj_сможет быть получена на основе анализа ВАХ. С экспериментальной точки зрения существенно, что зависимость (4.4) является достаточно слабой.

Необходимо отметить, что в случае стационарногорежима измерений значительную проблему представляет собой возникновение теплового перегрева. Он может быть связан как с контактным перегревом, так и с тепловым перераспределением.

Граница устойчивости относительно теплового распространения определяется равенством объемного тепловыделения в объеме Vи максимальной мощностью, отводимой криогенной жидкостью с поверхности образца.

Это обстоятельство приводит к соотношению

j_с=qP/(EA), (4.5)

где q– удельная максимальная отводимая мощность;

P– периметр образца;

А– его сечение.

Если учитывать, что Е=10^-3В/см,A/P=0,5 см иq=10 Вт/см²при перегреве 10 К, то тепловое распространение будет отсутствовать дляj_с<2·10⁵A/см². Необходимо учитывать, что в реальных условиях эта величина будет меньше.

Возникновение контактного перегрева определяется равенством тепловыделения на единицу площади контакта и максимальной отводимой мощностью. Если площадь контакта соответствует площади образца, то измеряемое значение j_сограничено величиной

, (4.6)

где r– удельное контактное сопротивление.

Естественный путь уменьшения контактного перегрева заключается в уменьшении контактного сопротивления. Несмотря на то, что влияние тепловых эффектов, как правило, можно сильно уменьшить при контактных измерениях образец всегда находится в перегретом состоянии. Этот недостаток наряду со сложностью фиксации j_cслужит причиной того, что во многих случаях бесконтактные методы оказываются предпочтительнее контактных.

Наиболее широко для этих целей использу.тся магнитные методы, например измерениемагнитного момента. В данной работе также использован магнитный метод.

Устройство для реализации этого метода представлено на рис. 4.5.

Рис/ 4.5. Устройство для бесконтактного измерения критического тока

Соленоид 1 содержит 300 витков медного провода диаметра 0,05 мм. Внутри соленоида размещается датчик Холла 2. С обеих сторон датчик фиксирует П-образные скобы из электротехнической стали, играющие роль магнитного сердечника. На соленоиде устанавливают ВТСП кольцо, катушка соленоида подключается к источнику постоянного тока. Ток соленоида и напряжение Холла регистрируют с помощью двухкоординатного самописца (соответственно вход «X» и вход «Y»). При включении по соленоиду протекает постоянный токI_m, который создает магнитное поле В. Поле усиливается магнитным сердечником вµраз. В ВТСП кольце индуцируется постоянный СП токI, который создает магнитное полеВ(I).

Это поле, в соответствии с законом индукции , направлено встречно к полю соленоида, и датчик Холла измеряет суммарное поле В:

B(I)=µB_µ-B_c=k_xU_x(I), (4.7)

где k_x– чувствительность датчика Холла.

Типичная зависимость U_x(I) приведена на графике 1, представленном на рис. 4.6. График 2 – ВАХ устройства без ВТСП кольца.

Рис. 4.6. ВАХ устройства измерения критического тока

На участке 0а СП ток в кольце возрастает и достигает максимального значения. При этом кривая 1 отклоняется от прямой 2 на максимальное расстояние. При дальнейшем увеличении тока соленоида, ток кольца и его магнитное поле не возрастают. Оба графика остаются параллельными. Данная особенность хода 1 объясняется следующим образом. При такой конструкции устройства и постоянном токе соленоида магнитное поле последнего не проникает в кольцо. Кольцо остается в СП, а вернее в критическом состоянии. Измерение критического тока осуществляется путем измерения ∆U_x (рис.4.6):

I_С=k∆U_x, (4.8)

где k– характеристика устройства.

Величина kдля данного устройства может быть получена либо расчетным, либо эмпирическим способом с помощью дополнительных четырехконтактных измерений величины критического тока.