【摘要】：以釔鋇銅氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ))為代表的涂層導體的發(fā)展推動了高溫超導體實用化進程。然而,在制備YBa_2Cu_3O_(7-δ)(YBCO)涂層導體過程中,YBCO具有較強的各向異性和晶界弱連接性,致使YBCO超導薄膜輸運能力下降。因此,YBCO需沉積在具有(L00)方向織構的柔性金屬基帶上,借助金屬襯底將織構傳遞到YBCO超導薄膜中。如今,比較成熟的金屬基帶(主要是鎳合金)制備路線有兩種:軋制輔助雙軸織構基底技術(RABiTS)和離子束輔助沉積技術(IBAD)。然而,在制備過程中,襯底中金屬離子容易擴散到YBCO超導薄膜中,破壞薄膜的超導電性。因此,在金屬襯底和超導薄膜之間還需添加緩沖層來解決這個問題。緩沖層既要充當擴散壁壘阻擋襯底中的金屬有害離子向超導層擴散,又要充當超導層的外延模板優(yōu)化和匹配超導層晶格,從而生長出高性能的YBCO超導層。近年來,雖然YBCO涂層導體已經(jīng)開始應用,低成本仍然是實現(xiàn)涂層導體產(chǎn)業(yè)化的前提和保證。簡化涂層導體每一層制備工藝,特別是緩沖層結構及工藝是降低涂層導體成本的有效途徑,是實現(xiàn)規(guī)模化的關鍵;另外,涂層導體的制備周期一般較長,提高帶材制備效率,縮短制備時間也是降低成本的重要途徑。在眾多的制備方法中,化學溶液沉積(CSD)法以其容易控制成分和不需要真空系統(tǒng),容易實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點備受重視,成為未來發(fā)展方向。然而,在YBCO熱處理合成過程中,較高的熱處理溫度常把金屬基帶氧化且在表面形成(111)取向的NiO薄膜,嚴重影響YBCO超導層的織構和性能。因此,很有必要在鎳合金表面率先氧化一層c軸織構且表面致密的種子層以保證后續(xù)緩沖層和超導層的有效外延。該種方法簡易高效,被認為是一條適合工業(yè)化生產(chǎn)的捷徑。然而,以往的基帶氧化通常在空氣中進行,過高的氧化溫度降低了基帶的機械強度,不利于長帶的連續(xù)制備。本論文采用普氬氣氛下中溫氧化和空氣中退火再結晶優(yōu)化制備了 NiO(LOO)薄膜,降低了鎳金屬氧化溫度。以往CSD法制備涂層導體各層薄膜時揮發(fā)和分解過程同時進行,致使反應復雜,只能以緩慢的升溫速度才能保證外延薄膜的平整,整個熱處理過程需要10h以上。本論文將揮發(fā)和分解過程分開進行,采用溶劑沸點以下干燥和前驅(qū)物固態(tài)分解的形式快速制備了緩沖層和YBCO超導層。首先,借助乳酸溶劑和硝酸鹽前驅(qū)物配制新的SmBiO_3 (SBO)和Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-Δ)(CSO)緩沖層前驅(qū)溶液。通過調(diào)整緩沖層前驅(qū)體熱處理工藝分別快速制備了平整致密、高度織構的SBO和CSO緩沖層薄膜。整個制備周期縮短至2h以內(nèi)。另外,緩沖層薄膜的質(zhì)量直接影響著后續(xù)YBCO超導層的制備和性能。在薄膜成相外延過程中,外延溫度、外延時間、氧分壓和襯底晶格失配等因素對薄膜外延的影響很大,只有在平整且高度c軸取向的緩沖層薄膜上才能外延生長出高性能的YBCO超導薄膜。因此,本論文針對SBO薄膜成相外延中主要影響因素進行了詳細分析,一些結果對高溫超導帶材工業(yè)化進程具有促進作用,同時有助于理清薄膜外延生長過程中一些基礎問題,為其它薄膜材料外延生長提供指導。最后,采用類似的方法快速沉積了 YBCO(OOL)超導層。首先探索了 YBCO超導薄膜在LaAlO_3(LAO)單晶襯底上的快速生長工藝。然后,將YBCO超導薄膜外延工藝分別移置到SBO/YSZ、SBO/NiO/Ni-W和CSO/YSZ襯底上,制備了 YBCO涂層導體短樣,并分析了涂層導體的超導性能,YBCO超導層熱處理制備周期被縮短到4h以內(nèi)。本論文為全化學法快速制備YBCO涂層導體提供一條高效節(jié)能途徑。
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【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM26;O484

【參考文獻】

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本文編號：2311303