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YBa2Cu3O7-x超导材料具有高的不可逆场,在超导电机、变压器、磁体、超导储能、核磁共振、电缆等强电领域有着巨大的应用前景。近年来YBCO涂层导体实用成材技术的一系列突破使得它成为当前国际超导研究的热点。
YBCO涂层导体一般是三层结构:即基底、缓冲层和超导层。缓冲层的主要作用是传承基底的织构、并防止基底氧化,它是制备高质量涂层导体的关键。本论文采用反应溅射的方法在具有强立方织构的Ni基底上制备YSZ/CeO2、YSZ/Y2O3复合缓冲层,研究了工艺条件对缓冲层生长的影响,主要结果如下:
1.论文在立方织构的Ni基底上制备了CeO2、Y2O3缓冲层。Ar/H2气氛下预沉积的引入,有效地抑制或减弱了Ni基底的氧化。同时,为保证薄膜的外延取向,预沉积时间必须和总沉积时间满足线性关系。
2.论文研究了温度、气压、Ar/O2比、功率等因素对CeO2、Y2O3薄膜外延生长的影响。成功制备出了纯c轴取向的CeO2薄膜,平面内ψ扫描半高宽达8.5°。Y2O3的生长范围比CeO2窄,且在Y2O3生长过程中,很难避免Ni基底的氧化。Y2O3存在两种平面取向,一种是Y2O3(110)‖Ni(100),另一种是Y2O3(100)‖Ni(100)。
3.采用AES对CeO2/Ni、Y2O3/Ni的界面进行了观察,结果显示缓冲层有效地阻止了氧的扩散,且CeO2/Ni界面优于Y2O3/Ni界面。
4.采用SEM、AFM对CeO2、Y2O3缓冲层的表面进行了观察,发现CeO2、Y2O3薄膜表面均匀致密,无裂纹生成,但两种薄膜中,都有胞状突起。CeO2、Y2O3的平均表面粗糙度小于4nm。
5.论文在CeO2/Ni、Y2O3/Ni基底上制备了YSZ缓冲层。发现YSZ的生长强烈依赖于第一层缓冲层的状况,YSZ/CeO2/Ni有强的旋转立方织构,其平面内ψ扫描半高宽达9.5°,而YSZ/Y2O3/Ni的取向较差。此外,两种基底上生长的YSZ薄膜都均匀、致密,平均表面粗糙度小于15nm。