离子束辅助沉积双轴织构过渡层研究

摘要

第二代高温超导带材YBa2Cu3O7-x（YBCO）以其高不可逆场和大电流承载能力，在输电线缆、电动机、超强磁体、限流器等领域有着极其广阔的应用前景。但是目前仍有一些限制高温超导带材的商业化应用因素如：高质量的双轴织构、带材的均匀性和低的带材制备成本。因此，本文致力于在金属基底上制备低成本、高质量双轴织构缓冲层。主要内容有：
　　1、利用溶液沉积平坦化（SDP）系统在哈氏合金（Hastelloy C276）基底表面制备出适合IBAD-MgO生长的Y2O3非晶薄膜衬底，采用离子束辅助沉积（IBAD）技术，在Y2O3非晶薄膜表面制备MgO双轴织构缓冲层。通过对离子束辅助沉积系统中各参数的研究与分析，得到了IBAD-MgO薄膜形成双轴织构的最优工艺，可以制备出面外半高宽3°、面内半高宽6°的MgO薄膜。实验过程中我们发现：在各影响因素中，沉积速率对薄膜的面内外织构影响最为显著。得到的IBAD-MgO薄膜表面粗糙度为2nm左右，可以为后续LMO层的制备提供条件。并且成功制备出一条40m长的IBAD-MgO带材，经测试，其面外半高宽3°左右、面内半高宽6°左右，说明薄膜织构质量较好且均匀性良好。
　　2、由于IBAD-MgO薄膜形成双轴织构的条件较为严格，于是利用离子束辅助沉积系统对新材料进行实验，发现NaF和NaCl都可以用IBAD技术实现薄膜的织构化，经织构化的NaF薄膜面外和面内半高宽分别为2.1°和6.9°，NaCl薄膜面外和面内半高宽分别为2.8°和7.7°。与MgO的IBAD织构化工艺相比，它们的制备工艺窗口宽：NaF和NaCl薄膜形成较优双轴织构对沉积速率的要求分别为0.1-0.25nm/s和0.05-0.3nm/s，而MgO的沉积速率范围是0.175-0.2nm/s；对Y2O3非晶层衬底的表面粗糙度要求低：IBAD-NaF在涂覆了8层的Y2O3非晶层（RMS=5.2nm）上就可以形成质量较好的双轴织构，IBAD-NaCl获得较优的双轴织构只需要涂覆4层的Y2O3非晶层(RMS=9.7nm）衬底即可。IBAD-NaF和IBAD-NaCl获得双轴织构的实现难度低，可以提高制备效率并降低成本。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 超导材料的发展

1.2超导材料的应用

1.3 YBCO高温超导带材简介

1.4 YBCO高温超导带材的制备

1.5 IBAD织构化的发展历程

1.6 论文选题依据与主要内容

第二章 实验方法与原理

2.1 实验方法

2.2 薄膜的表征手段

第三章 IBAD技术生长双轴织构MgO

3.1 溶液沉积平坦化（SDP）法制备非晶层Y2O3

3.2 基于离子束辅助沉积系统制备双轴织构MgO薄膜

3.3 IBAD-MgO长带材的制备

3.4本章小结

第四章IBAD技术制备双轴织构NaF薄膜和NaCl薄膜

4.1 对IBAD-NaF薄膜织构化的探究

4.2 对IBAD-NaCl薄膜织构化的探究

4.3 IBAD织构化薄膜工艺的对比

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果