新型Cu-Ni雙金屬層基帶制備及CSD技術(shù)制備LZO緩沖層.pdf

1、二十世紀(jì)90年代初，美國和日本的研究人員在織構(gòu)化的柔性金屬基帶上成功地沉積了具有良好超導(dǎo)性能的YBCO超導(dǎo)層。這種工藝技術(shù)為制備YBCO超導(dǎo)帶材提供了新的思路，這種新型的復(fù)合帶材被稱為涂層導(dǎo)體。涂層導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)可分為金屬基帶、緩沖層、YBCO超導(dǎo)層和保護(hù)層。由于涂層導(dǎo)體比Bi-2223/Ag帶材具有更好的高場超導(dǎo)性能，近十年來研發(fā)涂層導(dǎo)體制備技術(shù)吸引了眾多的材料研究者。目前對涂層導(dǎo)體制備技術(shù)的研究主要集中在研發(fā)低磁、高機(jī)械強(qiáng)度、具有銳

2、利立方織構(gòu)的金屬基帶，簡化緩沖層結(jié)構(gòu)和開發(fā)低成本高性能YBCO層制備技術(shù)兒個方面。
　　 本論文以開發(fā)低成本涂層導(dǎo)體制備技術(shù)為指導(dǎo)思想，對采用電化學(xué)沉積技術(shù)在具有立方織構(gòu)的銅皋帶上沉積鎳層、進(jìn)而開發(fā)一種新型涂層導(dǎo)體用Cu-Ni雙金屬層基帶和化學(xué)溶液沉積技術(shù)制備La2Zr2O7(LZO)緩沖層進(jìn)行了深入的研究。
　　 從降低交流損耗的角度考慮，無磁性的Cu是一種較好的涂層導(dǎo)體用金屬基帶材料。但是Cu作為基帶材料具有織構(gòu)熱穩(wěn)

3、定性不好和抗氧化性差的缺點(diǎn)。通過在具表面沉積Ni層可以加以克服。這種新型Cu-Ni雙金屬層基帶在隨后制備緩沖層或YBCO超導(dǎo)層的熱處理過程中，Cu、Ni層之間的互擴(kuò)散可降低基帶磁性。在本論文中，首先研究了采用軋制-再結(jié)晶熱處理技術(shù)制備具有立方織構(gòu)的Cu帶，具體分析了總軋制加工率、道次加工率、再結(jié)晶處理溫度和時間等過程參數(shù)對Cu帶立方織構(gòu)銳利度的影響，以及分析了在樣品縱斷面上的織構(gòu)不均勻性。然后對利用電沉積技術(shù)在具有立方織構(gòu)的Cu帶表面沉

4、積織構(gòu)化的Ni層進(jìn)行了研究，重點(diǎn)討論了小同沉秋條件對Ni層織構(gòu)的影響，以及形成立方織構(gòu)Ni沉積層的條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：最終再結(jié)晶處理前的軋制加工率必須大于臨界值才能獲得高體積分?jǐn)?shù)的立方織構(gòu)，其他軋制-再結(jié)晶熱處理過程參數(shù)僅對立方織構(gòu)銳利度有一定影響。Ni層織構(gòu)不僅受到電沉積參數(shù)的影響，Cu基帶表面的特征也將影響Ni層的織構(gòu)。對Cu-Ni雙金屬基帶磁滯回線的測試結(jié)果顯示該金屬基帶所引起的磁滯損耗小于Ni-5at％W合金基帶所產(chǎn)生的磁滯損耗

5、。
　　 緩沖層所必需承擔(dān)的織構(gòu)傳遞和擴(kuò)散阻隔兩大功能決定了緩沖層結(jié)構(gòu)多是由多種氧化物層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。眾多的緩沖層結(jié)構(gòu)中，La2Zr2O7/CeO2結(jié)構(gòu)受到了越來越多的關(guān)注。本論文在對制備LZO膜用前驅(qū)溶液的分解特性、成相過程研究的基礎(chǔ)上，對化學(xué)溶液沉積技術(shù)制備LZO膜的各影響因素進(jìn)行了全面分析。首先，以自行提出的一種金屬基帶表面硫化改性處理技術(shù)為基礎(chǔ)，討論了金屬基帶再構(gòu)表面對化學(xué)溶液沉積技術(shù)制備的LZO膜外延生長的影響。指出

6、無法單獨(dú)通過表面硫化改性處理技術(shù)改善LZO膜的外延生長情況，但進(jìn)一步的研究說明c(2×2)-S超結(jié)構(gòu)可以有效地控制在金屬基帶表面形成的LZO初生品層的取向。這對穩(wěn)定獲得具有立方織構(gòu)的LZO膜十分重要。其次，對LZO膜的外延生長限制因素的研究結(jié)果顯示，晶化前的LZO膜中已經(jīng)存在的殘留碳對LZO膜的最終織構(gòu)有著重要的影響。積碳對最終LZO膜織構(gòu)的影響取決于積碳在LZO前驅(qū)膜中的分布情況。銳利的積碳分布梯度有利于在金屬基帶上獲得具有高立方織構(gòu)

7、體積分?jǐn)?shù)、表面結(jié)晶度和表面取向具佳的LZO膜。最后，利用相似的沉積過程在LZO膜表面成功制備了具有立方織構(gòu)的CeO2膜充分說明LZO膜具有良好的表而特性。
　　 通過本論文的研究，成功開發(fā)出一種新型涂層導(dǎo)體用低磁性Cu-Ni雙金屬層基帶，同時利用化學(xué)溶液沉積技術(shù)、在較低熱處理溫度條件下，直接在Ni基金屬基帶(Cu-Ni雙金屬基帶、Ni-5at％W合金基帶)上成功制備出具有良好表面特性(表面織構(gòu)、表面結(jié)晶度)的La2Zr2O7緩沖