RELACIÓN ENTRE LAS PECULIARIDADES MICROESTRUCTURALES Y LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE CERÁMICAS SUPERCONDUCTORAS DE BSCCO OBTENIDAS POR SPARK-PLASMA

Abstract

La propuesta para esta convocatoria tiene sus antecedentes en la sinterización de cupratos superconductores utilizando campos eléctricos intensos, resultado premiado por la Academia de Ciencias de Cuba en la convocatoria del año 2014. Comercialmente, esta técnica de obtención de materiales cerámicos se conoce como Spark Plasma Sintering (SPS) y combina la aplicación controlada de la presión de compactación y de altos valores de corriente eléctrica durante cortos periodos de tiempo. Los resultados en aquella ocasión, indicaron que utilizando el SPS es posible obtener cerámicas monofásicas de (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+ (Bi-2223), con densidades relativas cercanas al 90 %, en tiempos de sinterización de 5 minutos, temperaturas de hasta 100 oC por debajo de las usadas por los métodos tradicionales y aplicándose presiones de compactación que no exceden los 50 MPa. Sin embargo, el uso del SPS en la sinterización de cerámicas de Bi-2223 resultan muestras con características microestructurales muy peculiares. La condición de vacío en que se desarrolla este método es especialmente crítica para la obtención de cupratos superconductores, debido a que las propiedades físicas de estos tienen una fuerte dependencia del contenido de oxígeno. En las muestras de Bi-2223 obtenidas por SPS, la desoxigenación ocurre de forma más marcada en la superficie de los granos, dando lugar a muestras con propiedades de transporte eléctrico muy por debajo de las deseadas para aplicaciones de alta potencia. De los resultados reportados previamente se infirió que el SPS promueve la formación de granos con un núcleo (core) de Bi-2223 rodeado de una capa (shell) del mismo material, pero deficiente en oxígeno. Es por ello que luego de la sinterización las muestras deben ser sometidas a un tratamiento térmico de oxigenación. Por tanto, la novedad del resultado propuesto para esta convocatoria, está en la compresión de la relación entre la morfología de granos shell-core y las propiedades físicas de cupratos superconductores obtenidos por SPS. Lo anterior está sustentado en varios resultados parciales dentro de los cuales uno está relacionado con la influencia del tratamiento de oxigenación sobre la conectividad de granos del tipo shell-core a través de mediciones de la relajación magnética en bajas temperaturas (2 – 15 K). Además, se realizó por primera vez un estudio de la influencia de la sinterización por SPS sobre las propiedades mecánicas de muestras de Bi-2223. Por otra parte, fue posible obtener granos nanométricos aislados del tipo shell-core mediante la molienda mecánica de alta energía. Las mediciones magnéticas en este tipo de granos mostró un inesperado comportamiento ferromagnético a temperatura ambiente. Otra peculiaridad microestructural de la sinterización por SPS es la obtención de muestras con densidades cercanas al 90 %, pero con muy baja textura. También se propuso la utilización de una modificación llamada spark-plasma texturing (SPT) con la que se obtienen cerámicas de Bi-2223 con densidades cercanas al 96 % y un nivel de orientación de granos superior al 70 % con una presión de compactación de solo 50 MPa. Los resultados anteriores se han presentado en 2 eventos internacionales y se encuentran publicados en 6 revistas internacionales de alto impacto en el área de la física aplicada