세라믹 고온초전도체는 층상구조로 인해 낮은 물성을 나타내고, 물성측정에 사용되는 시편의 품질에 따라 측정 결과가 서로 큰 차이를 보이는 경우가 많으므로, 보다 정밀하고 신뢰성이 있는 특성평가가 필요하다. 또한 장기간 활용되는 동안 외부적으로 가해질 수 있는 기계적인 자극 등에 대하여 안정적으로 활용되기 위하여 재료의 기계적인 물성은 요구된다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 YBa₂Cu₃O_(7-x) 고온초전도체의 기계적 특성을 분석·평가하는 연구와 이에 따른 파괴거동을 고찰하였으며, 상온에서 Tc로의 냉각에 따른 열화거동을 실험하고자 하였다. 소결온도를 950o~970o로, 소결시간을 10hrs~20hrs로 변화시키고 Y₂O₃·MnO₂·NaNO₃를 소량 첨가하여 이들 조건 변화에 따른 기계적 특성의 변화를 분석하고, ...
세라믹 고온초전도체는 층상구조로 인해 낮은 물성을 나타내고, 물성측정에 사용되는 시편의 품질에 따라 측정 결과가 서로 큰 차이를 보이는 경우가 많으므로, 보다 정밀하고 신뢰성이 있는 특성평가가 필요하다. 또한 장기간 활용되는 동안 외부적으로 가해질 수 있는 기계적인 자극 등에 대하여 안정적으로 활용되기 위하여 재료의 기계적인 물성은 요구된다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 YBa₂Cu₃O_(7-x) 고온초전도체의 기계적 특성을 분석·평가하는 연구와 이에 따른 파괴거동을 고찰하였으며, 상온에서 Tc로의 냉각에 따른 열화거동을 실험하고자 하였다. 소결온도를 950o~970o로, 소결시간을 10hrs~20hrs로 변화시키고 Y₂O₃·MnO₂·NaNO₃를 소량 첨가하여 이들 조건 변화에 따른 기계적 특성의 변화를 분석하고, 액체질소에 담그는 방법으로 반복 열응력을 가하여 기계적 특성의 변화와 초전도체의 파괴거동을 미세구조적인 관찰을 통하여 살펴보고자 하였다. 본 연구를 수행한 결과 전체적으로 밀도가 대략 85%~95% 사이로 대체로 치밀한 소결체를 얻을수 있었다. 그리고 Y₂O₃ 첨가의 경우 강도와 경도 값이 각각 43~57MPa과 2.8~3.7GPa로 YBCO 소결체와 비슷한 값을 나타냈고, NaNO₃ 첨가의 경우 38~69MPa과 2.3~2.8GPa로 오히려 물성이 저하되었으며, MnO₂ 첨가의 경우는 강도가 48~69MPa과 4.4~5.1GPa로 초전도상태를 유지하면서 가장 물성이 향상되었다. (MnO₂ ≫ Y₂O₃ ≒ YBCO ≪ NaNO₃) 얻어진 곡강도(≒40MPa~70MPa)와 경도(≒2.3GPa~5GPa)의 값은 다른 문헌에서 볼 수 있는 비교할 때 전형적인 초전도체의 기계적 특성 범위에 속하는 값이었다. 그리고 Y₂O₃첨가의 경우에는 YBCO소결체와 비슷한 물성과 미세구조를 보였고, 소결 온도를 950℃에서 970℃으로 높인 결과 실험 전의 예상대로 211상과 액상이 생성되었다. 또한 NaNO₃ 첨가했을 때는 첨가량이 늘어날수록 물성이 낮아지는 결과를 보였으며, 미세구조 확인결과 큰 입자와 큰 기공이 생긴 것을 확인하였는데, 이는 Na가 입성장을 유발하였거나 하소 시 NO₂가스가 남았을 것으로 추측된다. 이와같이 초전도체는 첨가물과 첨가량에 따라 민감한 상변화를 보이는 것으로 나타났다. 또한 파단면의 미세구조 분석을 통하여 초전도체 세라믹스는 상변태(tetragonal→orthorombic) 시 부피 감소에 기인한 입내 파괴가 주로 일어남을 확인하였다. 또 반복열응력에 의한 기계적 특성의 변화를 고찰한 결과 열이력이 반복됨에 따라 곡강도와 경도가 최고 약 35%정도까지 감소하는 것을 확인하였으며, 열충격에 의한 표면 손상이 물성의 저하를 낳는 한 원인으로 판단된다. 따라서 초전도체를 응용할 경우 기계적인 물성은 전기적·자기적 물성과 마찬가지로 중요한 요인으로 작용할 것으로 사료된다.
세라믹 고온초전도체는 층상구조로 인해 낮은 물성을 나타내고, 물성측정에 사용되는 시편의 품질에 따라 측정 결과가 서로 큰 차이를 보이는 경우가 많으므로, 보다 정밀하고 신뢰성이 있는 특성평가가 필요하다. 또한 장기간 활용되는 동안 외부적으로 가해질 수 있는 기계적인 자극 등에 대하여 안정적으로 활용되기 위하여 재료의 기계적인 물성은 요구된다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 YBa₂Cu₃O_(7-x) 고온초전도체의 기계적 특성을 분석·평가하는 연구와 이에 따른 파괴거동을 고찰하였으며, 상온에서 Tc로의 냉각에 따른 열화거동을 실험하고자 하였다. 소결온도를 950o~970o로, 소결시간을 10hrs~20hrs로 변화시키고 Y₂O₃·MnO₂·NaNO₃를 소량 첨가하여 이들 조건 변화에 따른 기계적 특성의 변화를 분석하고, 액체질소에 담그는 방법으로 반복 열응력을 가하여 기계적 특성의 변화와 초전도체의 파괴거동을 미세구조적인 관찰을 통하여 살펴보고자 하였다. 본 연구를 수행한 결과 전체적으로 밀도가 대략 85%~95% 사이로 대체로 치밀한 소결체를 얻을수 있었다. 그리고 Y₂O₃ 첨가의 경우 강도와 경도 값이 각각 43~57MPa과 2.8~3.7GPa로 YBCO 소결체와 비슷한 값을 나타냈고, NaNO₃ 첨가의 경우 38~69MPa과 2.3~2.8GPa로 오히려 물성이 저하되었으며, MnO₂ 첨가의 경우는 강도가 48~69MPa과 4.4~5.1GPa로 초전도상태를 유지하면서 가장 물성이 향상되었다. (MnO₂ ≫ Y₂O₃ ≒ YBCO ≪ NaNO₃) 얻어진 곡강도(≒40MPa~70MPa)와 경도(≒2.3GPa~5GPa)의 값은 다른 문헌에서 볼 수 있는 비교할 때 전형적인 초전도체의 기계적 특성 범위에 속하는 값이었다. 그리고 Y₂O₃첨가의 경우에는 YBCO소결체와 비슷한 물성과 미세구조를 보였고, 소결 온도를 950℃에서 970℃으로 높인 결과 실험 전의 예상대로 211상과 액상이 생성되었다. 또한 NaNO₃ 첨가했을 때는 첨가량이 늘어날수록 물성이 낮아지는 결과를 보였으며, 미세구조 확인결과 큰 입자와 큰 기공이 생긴 것을 확인하였는데, 이는 Na가 입성장을 유발하였거나 하소 시 NO₂가스가 남았을 것으로 추측된다. 이와같이 초전도체는 첨가물과 첨가량에 따라 민감한 상변화를 보이는 것으로 나타났다. 또한 파단면의 미세구조 분석을 통하여 초전도체 세라믹스는 상변태(tetragonal→orthorombic) 시 부피 감소에 기인한 입내 파괴가 주로 일어남을 확인하였다. 또 반복열응력에 의한 기계적 특성의 변화를 고찰한 결과 열이력이 반복됨에 따라 곡강도와 경도가 최고 약 35%정도까지 감소하는 것을 확인하였으며, 열충격에 의한 표면 손상이 물성의 저하를 낳는 한 원인으로 판단된다. 따라서 초전도체를 응용할 경우 기계적인 물성은 전기적·자기적 물성과 마찬가지로 중요한 요인으로 작용할 것으로 사료된다.
Ceramic High-Tc superconductor shows low mechanical properties due to layer structure, and data reported frequently show large difference by the quality of samples used. Therefore more accurate and reliable assessment of mechanical properties is needed. In addition, it is thought that the minimum me...
Ceramic High-Tc superconductor shows low mechanical properties due to layer structure, and data reported frequently show large difference by the quality of samples used. Therefore more accurate and reliable assessment of mechanical properties is needed. In addition, it is thought that the minimum mechanical properties of superconductor are required to endure against external mechanical lode that may be given during long-time use. Therefore, in this study, we had studied the mechanical properties and failure behavior of YBa₂Cu₃O_(7-x) High-Tc superconductor. The degradation behavior of superconductor due to thermal cycle from room temperature to liquid nitrogen was studied, also. Sintering temperature and time were 950℃~970℃ and 10hrs~20hrs, respectively. To investigate the effect of additive, small amount of Y₂O₃·MnO₂·NaNO₃ were doped to YBCO composition. Relative density obtained were 85%~95% T.D. Three point bending strength and Vickers microhardness of Y₂O₃doped superconductor were 43MPa~57MPa and 2.8GPa~2.7GPa, respectively. In case of NaNO₃ dopant, those were 38MPa~69MPa and 2.3GPa~2.8GPa, respectively. Mechanical properties were decreased as the amount of dopant increased in this case. Improved strength and microhardness of 48MPa~69MPa and 4.4GPa~5.1GPa, respectively, were obtained in case of MnO₂ dopant. The data of mechanical properties obtained in this case, were reasonable level compared with reported results. (MnO₂≫ Y₂O₃≒ YBCO ≪ NaNO₃) 211 phase and liquid phase were observed by X-ray and microstructure investigation in case of Y₂O3 dopant. Large grains and pores were found in case of NaNO₃dopant. It seemed that large grains were caused by Na addition and large pores were attributed to NO₂ gas from NaNO₃. As described, the type and amount of dopant cause drastic change in microstructure in YBCO system. The fracture mode of YBCO system was mainly transgranular fracture, in all case, and this is attributed to the volume decrease during phase transformation (tetragonal → orthorhombic). Both strength and microhardness decreased by thermal cycle. Surface damage caused by thermal shock was observed and considered to be one of the cause for reduction of mechanical properties.
Ceramic High-Tc superconductor shows low mechanical properties due to layer structure, and data reported frequently show large difference by the quality of samples used. Therefore more accurate and reliable assessment of mechanical properties is needed. In addition, it is thought that the minimum mechanical properties of superconductor are required to endure against external mechanical lode that may be given during long-time use. Therefore, in this study, we had studied the mechanical properties and failure behavior of YBa₂Cu₃O_(7-x) High-Tc superconductor. The degradation behavior of superconductor due to thermal cycle from room temperature to liquid nitrogen was studied, also. Sintering temperature and time were 950℃~970℃ and 10hrs~20hrs, respectively. To investigate the effect of additive, small amount of Y₂O₃·MnO₂·NaNO₃ were doped to YBCO composition. Relative density obtained were 85%~95% T.D. Three point bending strength and Vickers microhardness of Y₂O₃doped superconductor were 43MPa~57MPa and 2.8GPa~2.7GPa, respectively. In case of NaNO₃ dopant, those were 38MPa~69MPa and 2.3GPa~2.8GPa, respectively. Mechanical properties were decreased as the amount of dopant increased in this case. Improved strength and microhardness of 48MPa~69MPa and 4.4GPa~5.1GPa, respectively, were obtained in case of MnO₂ dopant. The data of mechanical properties obtained in this case, were reasonable level compared with reported results. (MnO₂≫ Y₂O₃≒ YBCO ≪ NaNO₃) 211 phase and liquid phase were observed by X-ray and microstructure investigation in case of Y₂O3 dopant. Large grains and pores were found in case of NaNO₃dopant. It seemed that large grains were caused by Na addition and large pores were attributed to NO₂ gas from NaNO₃. As described, the type and amount of dopant cause drastic change in microstructure in YBCO system. The fracture mode of YBCO system was mainly transgranular fracture, in all case, and this is attributed to the volume decrease during phase transformation (tetragonal → orthorhombic). Both strength and microhardness decreased by thermal cycle. Surface damage caused by thermal shock was observed and considered to be one of the cause for reduction of mechanical properties.
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