Kaynak Maliyetlerinin Faaliyetlere Atanması

O objetivo principal deste trabalho foi estudar a ocorrência de supercondutividade em soluções sólidas Nb1-xZrxB através da análise experimental e sistemática de suas propriedades físicas. A temperatura de fusão do composto intermetálico NbB, da ordem de 3000 °C, limitou o número de técnicas disponíveis para a síntese destes materiais, sendo necessário produzi-los através da utilização de forno a arco voltaico, ao fundir os elementos primários Nb, B e Zr. Todas as amostras produzidas por este método apresentaram perda de massa após o procedimento de fusão. Apesar de alguns espécimes fundidos exibirem valores maiores que 99,5% de sua massa anterior à fusão, fases adicionais, em pequenas proporções, foram observadas nestes e na grande maioria dos compostos produzidos. Nesse contexto, conclusões acerca das propriedades supercondutoras destes materiais não puderam ser obtidas de forma direta.

Além das amostras cujos resultados foram apresentados neste trabalho, outras também foram caracterizadas e analisadas, totalizando um conjunto com aproximadamente 25 amostras somente no sistema Nb-B, número que alcança ~ 40 quando amostras onde o Nb é parcialmente substituído pelo Zr são consideradas. Através das caracterizações das propriedades físicas deste conjunto de amostras foi possível tirar algumas conclusões relevantes acerca do sistema Nb1-xZrxB:

 Todas as amostras fundidas cujos reagentes iniciais apresentavam razão

(Nb1-xZrx)/B = 1 indicaram uma pequena fração volumétrica das fases Nbss ou Nb1-yZry, que foram estimadas como menores que 7 % em volume através de medidas de difração de raios-X.

 _{Não foi possível identificar a presença da fase Nb}ss em algumas amostras ricas em boro do tipo NbB1+x, quando os resultados de difração de raios-X

110 são considerados. Esse fato que pode ser atribuído a ocorrência da solução sólida em regiões muito pequenas e morfologicamente espaçadas na matriz majoritária dos espécimes.

 O limite de solubilidade de Zr na estrutura cristalina ortorrômbica

Nb1-xZrxB, com grupo espacial Cmcm, parece ocorrer em concentrações entre 7,5 e 10 % at. Zr.

 Praticamente todas as amostras produzidas apresentaram propriedades

supercondutoras, com a exceção àquela com composição de partida Nb5B6 ou NbB1,2. As transições supercondutoras largas, ocorrendo em uma ampla faixa de T nos dados de ɖ(T) e Cp(T) indicam que as amostras não apresentam alto grau de homogeneidade.

 A fração volumétrica supercondutora, estimada através dos resultados de

ɖ(T) sob H = 5 Oe em amostras maciças, é da ordem de, no máximo 23 % em volume, valor esse observado na amostra NbB - #2. Esta estimativa se mantém na faixa de 25% em volume na composição nominal Nb0,99Zr0,01B, enquanto que em amostras com substituição de Zr maiores que 10 % at. tal fração volumétrica supercondutora decresce e atinge valores tão baixos quanto 2% em volume. Esses valores são incompatíveis com os dados de difração de raios-X se a supercondutividade é originária da fase NbB.

 _{O salto no calor específico é muito tímido em amostras do tipo Nb}1-xZrxB, muito menor que aquele observado em materiais supercondutores com alta fração volumétrica da fase ordenada.

 _{Uma componente residual, no limite de baixas temperaturas, para a}

111 amostras avaliadas, indicando a presença de mais de uma fase nos materiais avaliados

 _{As transições supercondutoras também foram confirmadas em todas as}

amostras da série Nb1-xZrxB através de medidas de R(T), onde estados de resistência elétrica nula foram observados.

 _{A substituição parcial de Nb por Zr na solução sólida Nb}1-xZrxB resulta em alterações em Tc, alterações essas similares àquelas observadas na solução sólida Nb1-yZry. Outro efeito da substituição é um aumento da intensidade do acoplamento elétron-fônon, indicado por Hc2(0), aumento que também ocorre nas ligas Nb1-yZry.

As conclusões listadas acima, obtidas das caracterizações de dezenas de amostras, apresentam concordância somente se o composto NbB não seja classificado como um

supercondutor, ou seja, a supercondutividade observada nas amostras de Nb1-xZrxB estaria associada a fases minoritárias e supercondutoras do tipo Nbss e Nb1-yZry. Dentre os resultados que sustentam essa afirmativa, a ausência da transição supercondutora na amostra de NbB1,2 deve ser primariamente considerada. Aliado a esta última, pode-se citar a excelente concordância entre a componente residual de entropia observada na amostra NbB - #2 e a constante de Sommerfeld determinada para o composto NbB produzido por sinterização e que não apresentou, segundo os autores, a fase secundária Nbss. Nesse contexto, também é considerada a correlação bastante precisa entre a magnitude do sinal diamagnético do estado supercondutor e a intensidade da reflexão de Nbss (ou Nb1-yZry) nos diagramas de difração de raios-X, aliada a morfologia do tipo esqueleto da precipitação das fases Nbss e Nb1-yZry, proporcionando caminhos percolativos para o estabelecimento do estado de resistividade nula nos materiais estudados.

112 Ao considerar que a supercondutividade verificada neste conjunto de amostras tenha origem na fase Nbss é necessário avaliar os seguintes pontos: (i) A estimativa, feita através dos dados de magnetização, de que a amostra maciça NbB - #2 apresenta 20% de seu volume supercondutor, é incompatível com a fração volumétrica de aproximadamente 3% da fase Nbss estimada via ajustes nos dados de difração de raios- X, ao utilizar o método Rietveld. No entanto, é necessário considerar que a magnitude do sinal diamagnético utilizada na estimativa da FVS associada a um forte acoplamento entre regiões supercondutoras dispersas, via efeito de proximidade, pode resultar em valores superestimados de volume supercondutor. Por sua vez, a ocorrência de um efeito de proximidade robusto é indicada através das comparações de medidas de ɖ(T) entre amostras maciças e pulverizadas, onde diferenças de duas ordens de magnitude no sinal magnético foram observadas. (ii) Outro aspecto intrigante nesse estudo está associado ao fato que uma pequena fração volumétrica de Nbss contida na amostra NbB - #2, entre outras, possa resultar na transição supercondutora para o estado de resistência elétrica nula nos respectivos dados de R(T). Neste caso, a microestrutura deste material confirma que há canais de percolação, constituídos da fase Nbss na forma de estrutura de esqueleto embebida em uma morfologia onde a fase NbB é claramente majoritária. Desta maneira, é possível associar um caráter filamentar a supercondutividade observada nos dados obtidos de R(T). (iii) Os resultados de calor específico indicam que a fração volumétrica supercondutora, estimada a partir da componente residual , não deve ser maior que 8% nesta amostra, fração esta mais próxima daquela estimada para a fase Nbss, ~ 3%, através dos dados de difração de raios-X.

Estas considerações feitas para amostra NbB - #2 têm apenas função demonstrativa, uma vez que estes pontos podem ser verificados em outras amostras de

113 NbB/Nb1-xZrxB (estas últimas, no entanto, não tiveram suas microestruturas analisadas). Desta maneira, é possível afirmar que o composto NbB não é supercondutor, apesar de descrito como tal em alguns artigos/livros-texto. A mesma conclusão é indicada para as soluções sólidas Nb1-xZrxB, onde a supercondutividade observada é certamente relacionada com a ocorrência da fase adicional do tipo Nb1-yZry.