高溫涂層超導(dǎo)基帶及YBCO超導(dǎo)膜的織構(gòu)研究.pdf

1、為了推進(jìn)高溫超導(dǎo)帶材的實(shí)用化進(jìn)程，本文對(duì)用于涂層高溫超導(dǎo)鍍膜的Ag基帶、Ni-W合金基帶及Ni-W合金復(fù)合基帶的制備工藝和織構(gòu)形成規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和探討，同時(shí)研究了YBCO薄膜與不同取向Ag基底的外延關(guān)系。 1．Ag基帶的織構(gòu)研究 首先對(duì)未脫氧Ag的形變及再結(jié)晶織構(gòu)的形成規(guī)律和形成機(jī)理進(jìn)行了研究，制備了各種織構(gòu)取向的銀基帶，得到了不同織構(gòu)銀基帶的穩(wěn)定制備工藝，如{100}<100>取向，{012}<100>+{124

2、}<358>取向和{110}<211>取向，并對(duì)各種取向的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。 重點(diǎn)對(duì)脫氧Ag的織構(gòu)進(jìn)行了深入的研究和探討，通過(guò)系統(tǒng)研究總變形量、退火溫度、退火氣氛、退火時(shí)間、退火方式及初始Ag中的氧含量等因素對(duì)脫氧Ag形變織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)形成的影響，得到了制備{110}<110>織構(gòu)Ag基帶的穩(wěn)定工藝。采用X射線衍射、背散射電子衍射和透射電鏡等多種分析手段，對(duì)脫氧銀中形變和再結(jié)晶織構(gòu)的形成規(guī)律和形成機(jī)理進(jìn)行了深入的探討。

3、 提出新的晶粒長(zhǎng)大機(jī)制，認(rèn)為在晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中的界面移動(dòng)是以密排面向相鄰晶粒非密排面推進(jìn)。大角度晶界的遷移是靠界面上原子的擴(kuò)散，也就是界面兩側(cè)原子交換位置形成不平衡的原子流，使一方面晶體長(zhǎng)大而另一方面晶體收縮。晶界的移動(dòng)取決于晶界兩側(cè)的晶體取向，如晶界一側(cè)為密排晶面，而另一側(cè)為非密排面，則當(dāng)一個(gè)原子從非密排面遷移到密排面時(shí)將使能量降低，能量的降低成為晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力而使密排面長(zhǎng)大。脫氧Ag中強(qiáng){110}<110>取向是在高溫退火下形成的

4、，高溫下晶粒長(zhǎng)大只能沿板面方向二維生長(zhǎng)，因此密排面垂直于長(zhǎng)大方向的取向容易生長(zhǎng)。對(duì)于{110}<110>，有兩對(duì){111}面垂直于板面，故晶粒長(zhǎng)大的結(jié)果是{110}<110>增強(qiáng)而{023}<032>等在再結(jié)晶初期形成的其它取向消失。 2．用準(zhǔn)分子激光方法在不同取向Ag襯底上沉積超導(dǎo)膜的研究 為了研究YBCO薄膜與Ag基底的外延關(guān)系，確定最適于YBCO薄膜外延生長(zhǎng)的Ag基底的織構(gòu)類(lèi)型，采用PLD方法在不同取向的單晶和多晶

5、織構(gòu)Ag基底上沉積了YBCO薄膜。 在(100)、(110)和(111)單晶上都可以得到具有很好c取向的YBCO膜，但在(110)單晶上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)薄膜具有很好的面內(nèi)取向，在(100)Ag單晶上可以形成兩種面內(nèi)取向，而在(111)Ag單晶上沉積的YBCO超導(dǎo)薄膜的面內(nèi)取向分散。在{100}<100>，{110}<211>，{110}<110>，{012}<100>+{124}<358>等多晶織構(gòu)銀基帶上外延了YBCO薄

6、膜，實(shí)驗(yàn)證明{110}<110>取向和{110}<211>取向的雙軸織構(gòu)的銀基適合具有雙軸織構(gòu)的YBCO超導(dǎo)薄膜的外延生長(zhǎng)。 研究發(fā)現(xiàn)：在(100)、(110)、(111)或(012)面的Ag基底上沉積的YBCO膜具有共同的規(guī)律，即YBCO晶體的a或b軸平行于Ag的[001]或[110]方向，因此可以得到雙軸織構(gòu)的YBCO膜。而且由于在Ag的(110)面上[001]和[110]方向相互垂直，所以在其上外延生長(zhǎng)的YBCO晶體只具有

7、單一的織構(gòu)取向，故(110)面的銀基底最適合單一取向YBCO晶體的外延生長(zhǎng)。 3．Ni合金基帶的織構(gòu)研究 本文采用放電等離子燒結(jié)方法制備N(xiāo)i-W合金材料和雙層及多層的Ni-W復(fù)合材料，得到成分均勻、晶粒細(xì)小并具有高密度的Ni-W合金塊和復(fù)合塊，同時(shí)使制備過(guò)程簡(jiǎn)單化和快速化，此為國(guó)內(nèi)外首次采用該方法制備N(xiāo)i-W合金材料。 通過(guò)系統(tǒng)研究總變形量、退火溫度、退火時(shí)間、退火方式和原材料純度等因素對(duì)合金基帶形變和再結(jié)晶織構(gòu)

8、的影響，探討了Ni-W合金形變和再結(jié)晶織構(gòu)轉(zhuǎn)變規(guī)律。得到了制備具有很強(qiáng)立方織構(gòu)的Ni-3％W合金基帶，Ni-5％W合金基帶的穩(wěn)定工藝。 為了制備具有低磁性的立方織構(gòu)高W含量Ni-W合金基帶，通過(guò)改進(jìn)形變方法，提高了W量較高的Ni-W合金形變織構(gòu)中有利于立方織構(gòu)形成的C取向和S取向的強(qiáng)度，降低不利于立方織構(gòu)形成的B取向和G取向的強(qiáng)度。并因此得到了具有很強(qiáng)立方織構(gòu)的Ni-7％W合金基帶和一定強(qiáng)度立方織構(gòu)的Ni-9-5％W合金基帶。