Фундаментальное материаловедение

Процессы текстурирования, сегрегации и адсорбции в сплавах на основе Ni и их
роль в технологии ВТСП-материалов 2-го поколения
Досовицкий Г. А., Мудрецова С.Н., Самойленков С.В., Родионов Д.П., Кауль А.Р.
аспирант
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: george_dos@mail.ru
Создание совершенной технологии получения эпитаксиальных ленточных
высокотемпературных сверхпроводников (т.н. ВТСП-материалов второго поколения)
является в настоящий момент чрезвычайно актуальной задачей. Широкое применение
таких материалов существенно увеличит эффективность работы большого количества
электротехнических устройств, решая, таким образом, задачу рационального
использования энергии. Для получения таких материалов крайне перспективной
является технология RABiTS, состоящая в использовании биаксиально
текстурированных металлических лент из Ni сплавов, на которые наносят
последовательно эпитаксиальные буферный и ВТСП слои. Конечная структура ВТСПслоя,
близкая к структуре эпитаксиальных пленок на монокристаллических подложках,
обеспечивает плотность критического тока, превышающую 2·10 6 А/см 2 .
Эксплуатационные характеристики сверхпроводящей ленты определяются свойствами
металлических лент и текстурой буферного слоя. Текстура буферного слоя, в свою
очередь, зависит от химического состава и структуры поверхности и текстуры
металлической подложки. Данная работа направлена на развитие технологии RABiTS и
ее цель - выявление различных процессов, формирующих текстуру, а также химический
состав и структуру поверхности лент из сплавов на основе Ni.
Закономерности процесса текстурирования изучались на холоднокатаных лентах
из бинарных сплавов Ni с Cr, W, V, Nb, а так же тройного сплава Ni с Cr и W. Методом
ДСК был обнаружен тепловой эффект, соответствующий процессу рекристаллизации в
сплавах. Было показано, что температура рекристаллизации зависит от легирующего
металла и возрастает с увеличением его концентрации. Методы внутреннего трения и
дилатометрии позволили обнаружить изменение модуля Юнга и коэффициента
термического расширения сплавов, сопровождающие рекристаллизацию. Было
показано, что условия отжига холоднокатаной ленты существенным образом влияют на
текстуру рекристаллизации тройного сплава Ni88,4Cr9,2W2,4 и были получены ленты с
кубической текстурой.
Процессы, формирующие химический состав поверхности подложек были
исследованы на текстурированных лентах из бинарных сплавов Ni с W, Pd, Cr, а так же
тройных сплавов Ni-Cr-W и Ni-Pd-W. Ленты были подвергнуты термообработке в
потоке H2 (чтобы исключить окисление сплавов), а также H2 с добавлением нескольких
ppm H2S. Методом РФЭС (синхротрон BESSY-II, Берлин) был установлен факт
сегрегации Pd и S на поверхности лент из Ni-Pd сплава после отжига при температуре
600 о С. Методом оже-электронной спектроскопии с отжигом образцов in-situ была
найдена зависимость содержания W, Pd, S и O на поверхности лент от температуры
отжига. Методом ВИМС построены профили распределения по глубине
сегрегировавшей примеси S в лентах Ni-Pd и Ni-W. На ленты, отожженные в различных
условиях методом химического осаждения из паров β-дикетоната магния были нанесены
буферные слои MgO; их текстура была исследована методом рентгеновской дифракции.
Было показано, что для того, чтобы осуществлялся эпитаксиальный рост буферного
слоя, и в нем была сформирована биаксиальная текстура типа {100}, необходимо,
чтобы в процессе термообработки подложек реализовывалась десорбция поверхностных
C и О и обогащение поверхности S вследствие адсорбции или сегрегации.