YBCO涂层导体应力和微结构的研究

YBCO超导材料在高温高场中仍能保持强的载流能力，其在强电强磁场领域具有很好的应用前景。超导电流是涂层导体应用中的重要电性能指标，本项目拟从应力和微结构的角度研究提高超导电流。本项目采用反应溅射和脉冲激光沉积技术制备YBCO涂层导体，利用X射线衍射与电子显微术，对各层膜进行织构定量分析，建立X射线衍射织构应力分析方法，这一点具有新颖性。特别是首次结合薄膜晶粒的应力作用模式，建立弹性性能的织构校正模型，推导应力应变关系方程式，具有创新性。同时研究涂层导体各层的微观结构，包括微观晶格畸变、点阵常数、取向差、面内和面外的取向度、表面粗糙度，及薄膜的缺陷、畴结构等。结合超导性能的测量，从织构应力的角度，系统地研究应力、微结构和超导性能三者的关系。这是本项目的又一特色。本项目不仅对Y系涂层超导生长和性能提高提供理论指导，而且新建立的方法带有普遍性，也可以推广应用于其它薄膜表面和界面应力的

YBCO超导材料在高温高场中仍能保持强的载流能力，其在强电强磁场领域具有很好的应用前景，如超导电机，磁体，储能系统，电缆等。超导电流是涂层导体应用中的重要电性能指标，电流的大小取决于超导膜层的生长质量。薄膜在生长过程中，不可避免存在着应力。这是因为晶格错配，晶格尺寸的差异，热膨胀系数的不同，沉积离子的能量释放以及气体和杂质的引入等因素，薄膜在形核、生长和热处理的过程中不可避免的产生应力。薄膜应力和薄膜的微结构（织构，表面形貌，薄膜厚度等）密切相关，它将影响薄膜的最终性能。适当的应力可对薄膜的生长和使用带来积极的影响，但若应力较大或者不合适（比如张应力过大），易造成薄膜的缺陷、空洞、微裂纹增多，表面粗糙度增大，薄膜和基体的结合力降低，对薄膜的形貌、微结构和性能产生很多负面影响，而这些影响随着膜厚的增加而加剧。. 本项目从应力和微结构的角度研究超导膜。利用X射线衍射与电子显微术，对各层膜进行了织构定量分析，建立X射线衍射织构应力分析方法，特别是结合薄膜晶粒的应力作用模式，建立弹性性能的织构校正模型，推导应力应变关系方程式。经过工艺参数优化，采用磁控溅射法以及脉冲激光沉积技术法在单晶衬底上和金属NiW衬底上沉积了高度取向的CeO2/YSZ/Y2O3隔离层和YBCO超导层。采用了高分辨X射线衍射极图，omega扫描，phi扫描，二维倒易空间图分析了其取向信息。在此基础上，对应力进行了分析并对计算模型进行了研究。研究表明有些样品YBCO薄膜的面外取向分散度各向异性，有些样品YBCO取向一致，没有明显的微观应变产生。适当的制备技术可以改善晶格匹配应力和热应力。YBCO薄膜的面外取向散布宽度各向异性，可能由于在沉积生长过程中，存在四方相到正交相转变过程，薄膜存在面内90°<110>孪晶畴，而该孪晶畴结构的产生可能是为了缓解相变引起的强烈局部应力。结合YBCO的制备技术，提高了YBCO的超导性能。. 本项目的工作结合超导性能的测量，从织构应力的角度，研究应力、微结构和超导性能的关系。不仅对超导薄膜生长和性能提高提供理论指导，而且测试方法和计算模型带有普遍性，也可以推广应用于其它薄膜表面和界面应力的测试。.