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논문 상세정보

액상 기지에 분산된 $YBa_2 Cu_3O_x$결정립의 형태와 분위기의 영향

The Shape of $YBa_2 Cu_3O_x$ Grains in the Liquid Matrix and the Effect of Atmosphere on It

초록

$YBa_2Cu_3O_x$ 초전도체를 $925^{\circ}C$, 산소 분위기에서 16시간 액상 소결할 때 액상-포켓이 결정립 내부에 포획되어 있는 것이 관찰되었다. 액상-포켓은 a, b 축의 길이가 같고 c축이 짧은 직육면체 모양의 판상형태를 갖고 있었으며, 같은 조건에서 16시간 동안 재열처리해도 액상-포켓의 모양은 그대로 유지되었다. 그리고 액상에 분산되어 있는 모든 결정립들이 액상-포켓과 같은 형태를 보였는데, 이것은 액상에 분산되어 있는 $YBa_2Cu_3O_x$ 결정립의 모양이 열역학적 평형 조건에 의해 결정됨을 의미한다. 그러나 $925^{\circ}C$, 질소 분위기에서 16시간 액상 소결한 경우에는 $YBa_2Cu_3O_x$ 결정립이 산소에서 액상소결한 것보다 c축이 다소 두터워진 직육면체 모양의 판상형태를 갖는 것이 관찰되었다. 이러한 결정립 형태(grain shape)의 차이는 tetragonal 결정구조의 $CuO_2$면 (a-b basal plane)에 존재하는 산소 공공의 농도가 열처리 분위기에 따라 차이가 있기 때문이며, 이로 인해 c축에 평행한 (결국 $CuO_2$면에 수직한 방향) 고상-액상 계면 에너지가 열처리 분위기에 따라 변하기 때문인 것으로 믿어진다. 그리고 산소와 질소 분위기에서 각각 액상 소결한 So와 $S_N$시편을 분위기를 바꾸어 재열처리하는 스위칭 실험을 하여, 분위기에 따른 결정립 형태의 변화를 명확하게 관찰할 수 있었다.

Abstract

When $YBa_2Cu_3Ox$ is liquid-phase sintered at $925^{\circ}C$ in $O_2$ for 16h, liquid pockets are entrapped within the grains. The liquid pockets show a thin parallelepiped shape with short edge lengths in the c axis, even after reannealing $925^{\circ}C$ in $O_2$ for 16h. All grains in contact with the liquid matrix show the same shape. However, when liquid-phase sintered at 925^{circ}C in $N_2$ for 16h, the grains dispersed in the liquid matrix show a thicker parallelepiped shape than in $O_2$, and their shape remains intact even after reannealing at $925^{\circ}C$ in $N_2$ for 16h. The effect of atmosphere on the grain shape is expected to be due to the variation of oxygen vacancy concentraion in $CuO_2$ plane of tetragonal unit cell.

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