Study of glass formation and crystallization of Y2O3-BaO-CuO-B2O3 glass-ceramics

Abstract

This paper presents a series of investigations establishing the glass-forming limits from binary to quaternary in the Y2O3-BaO-CuO-B2O3 system. The glass-forming ability and crystallization behavior of the Y2O3-BaO-CuO-B2O3 system was studied by XRD, SEM and DTA techniques. Based on the binary glass-forming limits, two stable "pseudo-saturated" base glasses, with ϑx-Tg values greater than 200K, were obtained. Several "supersaturated" YBa2Cu3O6+δ-B2O3 glasses were made which contain about 20 mol% B2O3. Upon heat treatment, formation of tetragonal YBa2Cu3O6+δ-B2O3 was observed to initiate at the surface. The progressive development of the superconducting 123 phase from the "supersaturated" glasses indicates the feasibility of obtaining superconducting materials using the glass-ceramic route. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Reihe von Untersuchungen, mit denen die Grenzen der Glasbildung der einzelnen binären Systeme bis hin zum quaternären System Y2O3-BaO-CuO-B2O3 festgelegt wurden. Die Fähigkeit zur Glasbildung und das Kristallisationsverhalten des Systems Y2O3-BaO-CuO-B2O3 wurden mit dem Röntgendiffraktometer, dem Rasterelektronenmikroskop sowie der DTA untersucht. Ausgehend von den Grenzen der binären Glasbildung konnten zwei stabile „pseudo-gesättigte" Glasphasen mit Temperaturdifferenzwerten (ϑx-Tg) von mehr als 200 K beobachtet werden. Es wurden mehrere übersättigte Gläser des Systems YBa2Cu3O6+δ-B2O3 mit einem B2O3-Stoffmengenanteil von etwa 20 % hergestellt. Nach einer Wärmebehandlung konnte die von der Oberfläche ausgehende Bildung von tetragonalem Yba2Cu3O6+δ beobachtet werden. Die erfolgreiche Synthese der supraleitenden orthorhombischen 123-Phase aus übersättigten Gläsern zeigt die Möghchkeit auf, supraleitende Werkstoffe auf dem glaskeramischen Weg herzustellen.