Obtenció i optimització de ceràmiques superconductores de YBCO per l'aplicació de limitació de corrent (2002)

Aquesta tesi doctoral estudia la utilitzacio de ceramiques texturades monodomini de YBCO per laplicacio de limitacio de corrent. A la xarxa electrica hi ha curtcircuits degut al creuament duna o mes linies. Aquests curtcicuits representen un problema, no sollucionat, de cara a la interconnexio i a lequipament de la xarxa electrica. Els limitadors de corrents amb superconductors es basen en labrupte transicio entre lestat superconductor i lestat nomal daquests materials quan es supera el corrent critic (Jc). Daquesta manera un limitador de corrent es transparent a la xarxa electrica i quan hi ha un curtciruit afegeix una alta impedancia a la linia de manera que es limita el corrent de curtcircuit.
Dentre tots els materials proposats per la limitacio de corrent, el YBCO es el que te millors prestacions degut a lelevat Jc daquest material. En el cas dels materials ceramics, que des del punt de vista economic resulten favorables, degut a la baixa conductivitat termica i lelevada corrent critica, apareix una problematica degut a la transicio localitzada en un petit volum del material. La zona de material transitada es petita (~mm3) i absorveix tota lenergia associada al curtcircuit de manera que el material es deteriora o destrueix.
Lobjectiu daquesta tesi ha estat loptimitzacio daquestes ceramiques i solucionar la problematica de la transicio localitzada (punt calent). Disminuint Jc a lhora que saugmenta la resistivitat en lestat normal (ro), es mante la potencialitat del material i saconsegueix augmentar el volum de material transitat fins al 100%. Per tal de disminuir Jc sense afegir una inhomogeneitat al material sha seguit dues estrategies: el dopatge amb ions metallics i el control del contingut doxigen del material.
El dopatge amb ions metallics (Mg, Zn i Ni entre daltres) destrueix localment el parametre dordre superconductor. El resultat daquest efecte es el de la disminucio de Jc. En aquest treball sha optimitzat el proces dobtencio de les ceramiques texturades dopades amb ions metallics de cara a reduir Jc. Gracies a aquesta disminucio controlada, sha aconseguit transitar el 100 % del material superconductor arribant a valors de camp electric de lordre de 2100 V/m quan en el cas del material amb alta Jc era de lordre de 500 V/m. Tot i aixo, no es va observar un augment de ro en dopar el material amb ions metallics, per aixo es utilizar la segona estrategia: control del contigut doxigen del material.
El control del contingut doxigen en el material, mitjancant el tractament termic adequat, permet sintonitzar Jc el valor dessitjat i a lhora es produeix un fort augment en la rho. El valor de ro en el cas del material amb alta J-sub c es de lordre de 10 m-Omega-cm, per les mostres dopades amb ions metallics no augmenta i es mante en el mateix valor. En el cas de les ceramiques amb el contingut doxigen controlat la ro es de lordre de 40 m-Omega-cm. Gracies a aquest valor de resistivitat i a la disminucio de Jc, que porta a una transicio del 100 % del volum del material, saconsegueixen valors de camp electric de lordre de 4850 V/m.
En conclusio controlant el valor de Jc sha aconseguit augmentar les prestacions del material en un factor 4 per les mostres dopades, i gracies a lelevat valor de ro de les mostres amb loxigen controlat sarriba a un augment de fins a ~10 vegades de les prestacions del material.