Введение к работе
Актуальность работы определяется тем, что в ней представлено исследование одного из самых перспективных высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП); она посвящена проблеме, с одной стороны, расширяющей представления о физической природе взаимодействия реальных ВТСП - объектов с окружающей средой, и, с другой стороны, непосредственно связанной с надежностью и стабильностью параметров ВТСП в перспективе практического применения. Автором создан и практически апробирован способ подавления деградации свойств ВТСП.
Научная новизна. В работе впервые:
- разработана методика контролируемого воспроизводимого осуществления
процесса взаимодействия ВТСП с парами воды, гарантирующая отсутствие конденсации
воды на образце;
- проведено исследование деградации свойств образцов УВа2Сиз07-х с различной
структурой (монокристалл, керамика, толстопленочное покрытие) в одинаковых условиях
воздействия паров воды;
- разработана простая модель, описывающая кинетику изменения доли
сверхпроводящей фазы в образце, учитывающая различие скоростей распространения
фронта реакции по структурным границам и кристаллическим зернам сверхпроводника,
пригодная для количественного описания деградации образцов произвольной формы;
методом ядерных реакций на стабильном изотопе ' О проведены прямые измерения концентрации кислорода, дополнительно связанного в сверхпроводнике УВагСизОу-х в реультате взаимодействия с водой;
определены скорости распространения фронта реакции в объеме зерен УВагСизО?-* и по межзеренным пространствам;
- в одинаковых воспроизводимых условиях проведено сравнение эффективности
различных защитных покрытий и показана зависимость их эффективности от толщины
защитной пленки.
Практическое значение работы. Полученные результаты позволяют предсказывать кинетику деградации (разложения сверхпроводящей фазы) реальных объектов, например, керамик, монокристаллов и пленок, по размеру зерна и геометрическим размерам объекта, а также позволяют осуществить защиту от деградации любых изделий на основе ВТСП - от элементов электронных приборов (сквиды, болометры) до крупногабаритных изделий (магнитные экраны, токонесущие элементы и т.п.).
Достоверность полученных результатов. Она обеспечена:
разработанной методикой осуществления взаимодействия образцов с парами воды в строго воспроизводимых условиях, гарантирующих отсутствие конденсации воды на образцах и точный учет времени взаимодействия;
использованием отработанных надежных методик измерения свойств образцов;
многократным дублированием экспериментов;
- совпадением данных, полученных с использованием различных методик
(магнитометрических, гравиметрических, ядерного микроанализа);
- использованием аттестованных средств измерения.
Основные положения, выносимые на защиту:
зависимость объемной доли сверхпроводящей фазы от времени воздействия паров воды имеет s-образную форму, кинетика деградации определяется структурой и геометрическими размерами конкретного образца. Существует инкубационный период t0, в течение которого деградации параметров сверхпроводника не наблюдается;
кинетика уменьшения доли сверхпроводящей фазы при взаимодействии ВТСП с парами воды может быть описана количественно с учетом различия скоростей распространения фронта реакции по структурным границам V\ и объему кристаллических зерен сверхпроводника У2 при Vl»V2. При 60С величины V/ К/ и К^для керамик УВагСиз07-х составляют соответственно 1-10" -s- ІЧО^мм/ч и 7*10"2 мм/ч. Зная размеры образца и величину зерен, можно рассчитать зависимость объема сверхпроводящей фазы от времени деградации, которая хорошо согласуется с экспериментальными результатами;
защитное действие органических пленок зависит от их химической природы и толщины. Нанесение наилучшего из исследованных покрытий позволяет снизить скорость деградации в 50 - 70 раз. Оптимальная толщина такого покрытия не превышает нескольких микрометров. Защитные покрытия эффективны в условиях термоциклирования.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
- XY Всесоюзном семинаре потірикладной сверхпроводниковой электронике (Киев, июль
1990 г.),
- III Всесоюзном совещании по высокотемпературной сверхпроводимости (Харьков,
апрель 1991 г.),
- I межгосударственной конференции "Материаловедение высокотемпературных сверхпроводников" (Харьков, апрель 1993 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов. Она содержит 102 страницы текста, в том числе 7 таблиц, 20 рисунков, 111 библиографических ссылок.
