化学溶液法沉积制备金属基带上的氧化物阻挡层薄膜研究

摘要

第二代YBa2Cu3O7-x高温超导带材在超导输电线缆，超导磁体，超导电动机等领域的应用前景十分广泛。本论文使用化学溶液沉积表面平坦化（SDP）方式在金属基带上沉积非晶氧化物阻挡层薄膜，使基带表面符合离子束辅助沉积（IBAD）技术制备YBCO带材技术路线的要求，并自主设计出全套溶液沉积表面平坦化处理设备。同时，在YBCO薄膜表面使用金属有机溶液沉积法（MOD）制备出不影响YBCO薄膜超导性能的缓冲层，对含有多层超导层带材的可行性进行了探索。具体研究工作如下所述：
　　1、研究了溶液沉积表面平坦化方式在哈氏合剂基带表面制备非晶 Y2O3薄膜工艺中浸渍提拉速度、快速热处理温度和薄膜沉积层数对制备薄膜性能参数的影响，并研究了非晶Y2O3薄膜具体的结晶过程，制备出在5μm×5μm范围内表面均方根粗糙度小于0.5 nm的非晶Y2O3薄膜。
　　2、Y-Al-O薄膜的结晶温度高于Y2O3薄膜，经后续工艺高温热处理过程后表面粗糙度变化较小，有利于制备高性能的带材。详细研究了溶液沉积表面平坦化方式在哈氏合金基带表面制备Y-Al-O薄膜工艺中薄膜沉积层数、快速热处理温度、浸渍提拉速度和前驱液中金属离子比例对Y-Al-O薄膜性能参数影响，制备出在5μm×5μm范围内表面均方根粗糙度1 nm的Y-Al-O薄膜。
　　3、解决了长带材沉积SDP薄膜过程中基带边缘薄膜开裂的问题，成功制备出长度达28 m，两面一致性良好，表面均方根粗糙度5μm×5μm范围内基本低于2 nm的SDP带材，并在所制备的SDP带材上沉积出面外半高宽Δω=3.64°，面内半高宽Δφ=5.15°的IBAD-MgO薄膜和临界电流密度最高达2 MA/cm2的YBCO超导薄膜。
　　4、研究了快速热处理时间对YBCO薄膜表面MOD法制备Y2O3薄膜的影响，制备出面外半高宽Δω=4.38°，面内半高宽Δφ=4.61°的Y2O3薄膜。研究了高温热处理温度对YBCO薄膜表面制备CeO2薄膜的影响，沉积出面外半高宽Δω=16.12°，面内半高宽Δφ=5.02°的CeO2薄膜。经充氧退火后制备有CeO2薄膜的YBCO薄膜超导性能无明显降低。

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第一章 绪 论

1.1 超导材料的发展历程

1.2 高温超导材料的应用

1.3 高温超导带材的发展

1.4 基于IBAD-MgO路线的高温超导带材

1.5 金属基带表面平整化处理

1.6 第二代YBCO高温超导带材发展现状

1.7 论文选题依据和内容安排

第二章 实验方法与原理

2.1 实验方法

2.2 实验试剂与实验设备

2.3 实验工艺流程

2.4 测试仪器

第三章 SDP法制备非晶氧化物阻挡层薄膜工艺研究

3.1 前驱液溶质分析

3.2 SDP法制备非晶Y2O3薄膜工艺研究

3.3 SDP法制备非晶Y-Al-O薄膜工艺研究

3.4 可实用长带材SDP阻挡层薄膜的制备

3.5 本章小结

第四章 MOD法在YBCO薄膜表面制备缓冲层的探究

4.1 YBCO薄膜上Y2O3薄膜的制备

4.2 YBCO薄膜上CeO2薄膜的制备

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果