efecto de la fatiga

ANALES DE MECÁNICA DE LA FRACTURA

Vol.19

(2002)

217

EFECTO DE LA FATIGA TÉRMICA SOBRE LA RESISTENCIA MECÁNICA DE
CERÁMICOS SUPERCONDUCTORES Bi2Sr2CaCu20s+a
A. Salazar, J. Y. Pastor y J. LLorca
Departamento de Ciencia de Materiales
E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Universidad Politécnica de Madrid, 28040 Madrid

Resumen. Los superconductores de alta temperaturacrítica (SAT) trabajan a temperaturas criogemcas y están
sometidos a ciclos térmicos durante su vida en servicio en la mayoría de sus aplicaciones pero se desconoce como
afectan las bajas temperaturas y la fatiga térmica a sus propiedades mecánicas. Este es el origen del presente trabajo, que
investiga el efecto de la temperatura del nitrógeno líquido y de los ciclados térmicos en distintasfibras superconductoras
de Bi2 Sr2CaCu20s+o· Las barras se fabricaron mediante la técnica de Fusión Zonal inducida por Láser obteniéndose
diferentes barras que fueron sometidas a un número variable de ciclos térmicos entre 77 y 393 K. Posteriormente fueron
ensayadas a flexión a 300 K y los resultados de los ensayos se compararon con los obtenidos sobre las barras sin ciclar
ensayadas a 300 y 77K. Los resultados demostraron que las propiedades mecánicas no se ven afectadas ni por el
nitrógeno líquido ni por un número elevado de ciclados térmicos entre 77 y 393 K.

Abstract. High-temperature ceramic superconductors (HTCS) are used in cryogenic applications and suffer thermal
shocks during their lifetime but neither the effect of the criogenic temperatures nor of thermal fatigue ontheir
mechanical properties is known, and they are studied in this work on Bi2 Sr2 CaCu 20s+o superconducting rods. The rods
were obtained via laser-induced directional solidification and were thermally cycled between 77 and 393 K. Afterwards,
they were tested at room temperature and the results were compared with those obtained for the as-processed samples
tested at 300 and 77 K. The resultsreveal that the mechanical properties are not influenced by either the criogenic
temperature ora high number ofthermal cycles between 77 and 393 K.

l. INTRODUCCIÓN

Los superconductores de alta temperatura crítica (SAT)
son empleados en aplicaciones criogénicas como
alimentadores de corriente [1], !imitadores de corriente
[2-3], sensores de nivel de líquidos criogénicos, etc.
Entre todoslos SAT, las fibras de Bi 2Sr2CaCu 20s+o
(Bi-2212) poseen una baja conductividad térmica y
mantienen una densidad de corriente crítica elevada en
longitudes relativamente largas. En consecuencia, estas
barras son idóneas para la fabricación de la parte
resistiva de los alimentadores de corriente híbridos, que
transportan la corriente eléctrica desde la temperatura
del nitrógeno líquido hastala temperatura a la que
trabajan los dispositivos de potencia y los imanes
superconductores de los aceleradores de partículas. Los
costes
operacionales
de
estos
dispositivos
(refrigeración, potencia eléctrica consumida, etc) se
reducen de manera dramática cuando se utilizan SAT
en lugar de aleaciones metálicas convencionales,
debido a la disminución de las pérdidas térmicas [4].
Apesar de ser componentes de dispositivos empleados
en aplicaciones criogénicas, se desconoce cual puede
ser el efecto de las bajas temperaturas sobre sus
propiedades mecánicas. Además, las operaciones
habituales de mantenimiento o un fallo generan ciclos
térmicos que pueden provocar su rotura durante la vida

en servicio. Esto ha motivado que en el presente trabajo
se hayan estudiado losefectos del nitrógeno líquido y
de los ciclos térmicos en las propiedades mecánicas de
distintas fibras superconductoras Bi-2212. Las barras
fueron fabricadas mediante la técnica de Fusión Zonal
inducida por Láser [5-6] y se caracterizan por tener
altas densidades de corriente crítica que se distribuyen
inhomogeneamente en la sección de la barra. Se han
fabricado distintas barras variando los...