多源共蒸发制备高性能REBa2Cu3O7-x涂层导体的进展与展望

REBa2Cu3O7-x (RE：钇、钆等稀土元素，REBCO）高温超导体因其具备较高的不可逆场和上临界场等优越性能，一经发现就备受关注。但由于材料本身固有的陶瓷性及弱连接等属性，导致其实际应用起来难度较大。目前，人们已经发展了诸多制备工艺来克服这些困难，实现了REBCO超导体的实际应用。按照前驱膜沉积方法可将REBCO超导薄膜的制备分为物理法和化学法。本文综述了物理气相沉积（PVD-Physical Vapor Deposition）法中多源共蒸发法制备REBCO超导薄膜的技术起源及演变历程，并与金属有机沉积、金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积等不同方法生产的REBCO超导带材进行对比，突出多源共蒸发法制备的REBCO薄膜性能优异、在商业化生产效率上具有更大的优势。最后对多源共蒸发法制备REBCO超导薄膜进行总结及展望，解决多源共蒸发沉积制备REBCO薄膜的成相机理、提高薄膜的钉扎中心等问题对未来第二代高温超导带材的大规模应用具有重要意义。     

厚度诱导的YBa2Cu3O7-δ超导薄膜剩余应力及临界电流变化

本文通过脉冲激光沉积法制备了不同厚度(80nm、320nm、1000nm和2000nm)的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜,对它们的剩余应力和临界电流特性进行了对比研究.通过系列的激光显微Raman光谱和磁化曲线测量分别获得了薄膜剩余应力和磁化临界电流密度(Jc)对薄膜厚度的依赖关系.结果显示超导薄膜内剩余应力越小,Jc越高.对于中等厚度的薄膜样品(320nm和1000nm),其膜内剩余应力较小,同时由其特征的磁通匹配场大小推知在该厚度范围内的样品具有较高的线性缺陷密度,从而显示出较高的Jc值.     

低温热解速率对低氟化学溶液法制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)膜形貌及超导性能的影响（英文）

为了探讨低氟前驱液对应的低温热解过程的升温速率对超导膜YBa2Cu3O7-δ(YBCO)表面形貌和超导性能的影响,我们在不同的低温热解速率下(1,3,5,10,15,20℃/min)制备了一系列的超导膜.低氟前驱液中的氟含量比全氟前驱液中减少了大约50%.X光衍射(XRD)分析表明:采用低氟前驱液,在很大的升温速率窗口,都能容易地获得良好外延生长的YBCO超导薄膜.但是,过快的热解速率(如15、20℃/min),会导致超导膜表面的恶化,出现皱褶或裂纹.升温速率在1℃/min和10℃/min之间,自场下的临界电流密度(JC)能保持比较高的值.在当前实验条件下,考虑YBCO超导膜的综合性能,5℃/min是最合适的低温热解速率.采用低氟前驱液,在5℃/min,600nm的YBCO膜的低温热解时间可以缩短到50分钟,其样品织构良好、表面平整;在LaAlO3单晶上制备的200nm的YBCO膜可以获得JC为3.0MA/cm2左右(77K,自场).     

倾斜衬底沉积涂层导体MgO缓冲层

本文通过倾斜衬底沉积技术在Hastelloy基底上成功生长出具有双轴织构的MgO缓冲层。系统研究了衬底倾角分别为30°和55°,薄膜厚度对MgO双轴织构、织构角以及表面形貌的影响。ISD-MgO薄膜最小面内、外半高宽分别为11.0°和6.6°。另外,800℃下,在ISD-MgO上自外延300 nm厚的MgO薄膜可以优化其表面质量,为涂层导体的制备提供高质量缓冲层。     

纳米铈-钨发射材料的结构与热发射性能研究

以纳米Ce—W粉末为原料制备了纳米Ce—W发射材料,利用扫描电镜和原位俄歇电子能谱等现代分析技术研究了材料的形貌、铈的分布和高温扩散、以及材料的表面性能,并采用自行研制的微机控制全自动电子发射测量装置测量了材料热发射性能。研究表明,纳米Ce-W材料晶粒细小,稀土元素铈的分布更弥散均匀,铈向表面扩散的能力增强。高温下材料表层形成了含有超额铈的活性层,纳米Ce-W材料的活性层厚度增大,超额铈的含量增多,Ce／O的活性层更厚,因此热发射性能更优异。     

气流量和水分压对金属有机沉积法制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)膜织构及超导性能的影响（英文）

气流量和水分压是影响添加DEA的三氟乙酸-金属有机沉积(TFA-MOD)法制备YBa2Cu3O7-δ(YBCO)膜织构及超导性能的两个重要参数.本文详细的研究了这两个参数对YBCO膜织构及超导性能的影响.在保证其他参数条件不变的情况下,气流量和水分压的变化范围分别为0.5~2.0L/min和2.3~7.3%.气流量在0.5L/min到2.0L/min变化范围内均可获得优良的工艺过程;同时水分压在3.7~5.3%的变化范围内(对应适当的生长速率)时可观察到织构良好,表面致密,超导性能优良的YBCO膜.较低或较高的水分压会导致a轴取向的显著增多.最终,本文将气流量和水分压两个工艺参数对YBCO膜的交叉影响绘制成相图.结果表明,过高或过低的生长速率会导致更多的a轴取向成核.     

第二代高温超导带材焊接及力学性能研究

第二代高温超导已进入产业化初期, 尽管单根带材长度已达千米量级, 但由于千米级单根带材生产成品率偏低以及大型超导装置对带材长度实际需求远超出单根长度制备能力, 因此, 焊接技术成为高温超导大规模应用的关键技术之一. 接头电阻及其力学性能是评估焊接接头的重要技术指标. 本文提出了改进型接头和“隐形”接头两种制作方法, 并对其接头电阻以及力学性能进行了表征, 同时与常规搭接接头进行了对比分析. 结果发现,(1) 与常规搭接头相比, 改进型和“隐形”接头的厚度分别降低了15 % 和36 % , 有效减小了焊接头处和原带材厚度差异. (2) 超导面-超导面焊接, 获得接头电阻最小; 接头电阻随接头长度的增加而减小, 但幅度降低. (3) 常规搭接头、 改进型和“隐形”焊接头均具有良好的轴向抗拉性能, 通过扭转和8 天液氮浸泡后, 临界电流无衰退, 电阻保持一致. (4) 改进型和“隐形”接头的临界弯曲直径(20 mm) 与原带材(非接头处) 相当, 通过卷对卷传输法测试时接头无损伤, 而常规搭接头的临界弯曲直径(40 mm) 大于原带材, 在通过卷对卷测试时, 接头出现开裂甚至断开现象.根据具体应用场景, 选择合适接头制作方式, 对推动第二代高温超导产业化具有重要意义.