涂層導(dǎo)體織構(gòu)鎳合金基板及過渡層的研究.pdf

1、涂層超導(dǎo)材料是一種具有廣泛應(yīng)用前景，卓越性能優(yōu)勢(shì)的功能材料。獲得高性能的韌性金屬模板層是制備高載流能力涂層導(dǎo)體線帶材的基礎(chǔ)。目前，韌性金屬模板層存在的主要問題是，現(xiàn)有織構(gòu)Ni-5at．％W(Ni5W)合金基帶的力學(xué)性能和磁性能不能滿足涂層導(dǎo)體應(yīng)用的廣泛要求、高鎢含量(≥7at．％)NiW合金基帶的立方織構(gòu)質(zhì)量不高以及涂層導(dǎo)體過渡層結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜等。針對(duì)以上問題，本論文開展了壓延輔助雙軸織構(gòu)基板技術(shù)制備用于涂層超導(dǎo)織構(gòu)模板層的研究。采用粉末

2、冶金技術(shù)路線設(shè)計(jì)并獲得了一系列高強(qiáng)度、低磁性且具有銳利立方織構(gòu)的NiW合金基帶，討論了其立方織構(gòu)的演變，并采用金屬有機(jī)鹽沉積方法在織構(gòu)NiW合金基板上獲得了性能改進(jìn)的摻雜CeO2過渡層。論文獲得了以下創(chuàng)新性研究成果。 采用熔煉和粉末冶金方法制備Ni5W合金坯錠，經(jīng)冷軋和“兩步退火”工藝，獲得了具有優(yōu)良表面質(zhì)量和高立方織構(gòu)含量的Ni5W合金基板。并在該織構(gòu)Ni5W合金基帶上獲得了表面平整，具有尖銳雙軸織構(gòu)的CeO2/La2Zr2O

3、7過渡層：同時(shí)采用粉末冶金制坯技術(shù)，經(jīng)冷軋和優(yōu)化“多步退火”熱處理，獲得了具有高立方織構(gòu)含量的Ni-7at．％W(Ni7W)和Ni-9．3at．％W(Ni9W)合金基帶，兩者立方織構(gòu)含量(≤10°)分別達(dá)到了99．8％和88．8％，較熔煉坯錠所制得基帶的立方織構(gòu)水平均有大幅度提高，其中Ni7W合金基帶的立方織構(gòu)含量為目前國際上報(bào)同類材料的最高值。研究提出的粉末冶金制坯技術(shù)路線以及對(duì)冷軋基帶的優(yōu)化熱處理工藝簡單可行，能夠大規(guī)模生產(chǎn)高強(qiáng)度織

4、構(gòu)金屬基帶，為高鎢含量NiW帶材在涂層導(dǎo)體中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 區(qū)別于現(xiàn)有的“套管法”和“共軋制法”，在國際上首次提出采用“復(fù)合坯錠法”制備復(fù)合基帶的新思路。通過對(duì)復(fù)合坯錠設(shè)計(jì)和復(fù)合基帶熱處理工藝的研究，成功地獲得了一系列表面具有強(qiáng)立方織構(gòu)，整體具有高強(qiáng)度低磁性的復(fù)合基帶，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合基帶“織構(gòu)”與“強(qiáng)度和磁性”協(xié)調(diào)統(tǒng)一的目標(biāo)。其中結(jié)構(gòu)為Ni7W/Ni12W/NiW的復(fù)合基帶，表面立方織構(gòu)含量(≤100)為97．5％，與商業(yè)出售的

5、Ni5W合金基帶立方織構(gòu)水平相當(dāng)。復(fù)合基帶室溫屈服強(qiáng)度值達(dá)到330 MPa，比Ni5W合金基帶提高了一倍以上；飽和磁化強(qiáng)度降低到5．0 emu/g，僅為Ni5W合金基帶的18％。此外，10米長復(fù)合基帶的成功制備表明“復(fù)合坯錠法”技術(shù)路線工業(yè)化生產(chǎn)高性能復(fù)合基帶的可行性。 采用背散射電子衍射和X射線四環(huán)衍射技術(shù)，對(duì)高鎢含量NiW合金基帶形變織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)進(jìn)行深入研究，在粉末冶金制坯獲得的Ni7W合金基帶中，首次揭示梯度分布的形變

6、織構(gòu)對(duì)其立方晶粒形核和長大的作用；并討論粉末冶金和熔煉制坯技術(shù)獲得的兩種高鎢含量NiW合金基帶再結(jié)晶織構(gòu)存在差異的原因。此外在復(fù)合基帶外層Ni5W的研究中發(fā)現(xiàn)，“梯度分布的形變織構(gòu)”和“多層材料之間的擴(kuò)散”是決定復(fù)合基帶外層Ni5W織構(gòu)演變的兩個(gè)主要因素。這為進(jìn)一步研究金屬合金復(fù)合材料各層之間的織構(gòu)形成及其關(guān)聯(lián)性奠定了基礎(chǔ)。 在采用金屬有機(jī)鹽沉積方法制備摻雜CeO2薄膜的研究中，以金屬有機(jī)鹽和丙酸為原料，獲得了均一穩(wěn)定的前驅(qū)液。

7、經(jīng)優(yōu)化的涂敷和“快速熱處理”工藝，在YSZ單晶和NiW合金基帶上獲得了具有雙軸織構(gòu)的純CeO2薄膜和La或Zr摻雜CeO2薄膜。通過改變前驅(qū)液中的摻雜物及其含量，可以調(diào)整薄膜的晶格常數(shù)。同時(shí)采用“多次涂覆”和快速熱處理相結(jié)合的工藝首次制備了120 nm厚的Ce0．9La0．1O2雙層膜。該雙層膜面內(nèi)外取向銳利，表面致密平整。在Ce0．9La0．1O2/NiW金屬韌性模板上，采用脈沖激光沉積方法沉積了YBCO超導(dǎo)薄膜，其起始臨界轉(zhuǎn)變溫度為

8、90．5 K，臨界電流密度為1．6×104A/cm2(77 K，sf)。這表明該Ce0．9La0．1O2薄膜能夠起到“傳遞織構(gòu)”和“阻止擴(kuò)散”的作用。 總之，本論文著眼于目前涂層導(dǎo)體材料的研究熱點(diǎn)，提出解決韌性金屬模板層中存在問題的思路和方案。首先采用簡單易行的傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)制備路線和“多步退火”熱處理相結(jié)合的工藝，大幅度提高了高鎢含量NiW合金基帶中立方織構(gòu)的含量，這對(duì)降低涂層導(dǎo)體原材料使用成本、改善其綜合性能有著極為重要的

9、現(xiàn)實(shí)意義。其次本文提出采用“復(fù)合坯錠法”制備具有多層結(jié)構(gòu)復(fù)合基帶的全新思路，獲得復(fù)合基帶的綜合性能大大優(yōu)于Ni5W合金基帶，能夠滿足涂層導(dǎo)體應(yīng)用的更高要求。另外值得指出的是無論是高鎢含量NiW合金基帶，還是具有多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合基帶，都在形變織構(gòu)向再結(jié)晶織構(gòu)的演變中表現(xiàn)出相互關(guān)聯(lián)的梯度變化，這為豐富中低層錯(cuò)能面心立方金屬和多元復(fù)合材料的形變和再結(jié)晶機(jī)制提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。最后論文制備了不同的摻雜CeO2薄膜，獲得了這一系列薄膜品格常數(shù)的變化規(guī)律