Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

Металлическая основа ВСТП-проводов

2007, Tом 4, выпуск 3
Тематика: ВТСП материалы 2-го поколения

Производство текстурированной металлической ленты является одним из ключевых этапов в ряде технологических подходов ВСТП-проводов второго поколения. Напомним некоторые требования, предъявляемые к ленте:

- материал ленты должен обладать гранецентриро-ванной (гцк) структурой. К гцк-металлам относятся Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, Al, Pb, Rh, Ir, а также многие сплавы на их основе;

- технология холодной прокатки с последующей рекристаллизацией должна приводить к образованию острой кубической текстуры, которая должна быть устойчивой при высокой температуре (отсутствие вторичной рекристаллизации);

- лента должна обладать удовлетворительными механическими свойствами, это важно как при осаж-дении на нее покрытий при высокой температуре, так и при изготовлении кабеля и последующей эксплуатации в криогенных условиях;

- для использования на переменном токе желательно, чтобы материал ленты не проявлял магнитных свойств при температуре использования ВТСП;

- должна существовать технология получения текстурированных слоев на таких лентах;

- материал ленты должен быть доступен по стоимости.

Рис. 1. Температура Кюри сплавов на основе

Тенденции развития в разработке текстурированной ленты на основе никеля достаточно полно отражены в обзоре индийских авторов, опубликованном в марте [1]. Отмечается, что оптимальными легирующими элементами для никеля по ряду соображений являются тугоплавкие переходные металлы VA и VIA групп периодической системы. Наибольших успехов добились, используя в качестве легирующего компонента вольфрам. В обзоре отмечены также усилия по "размагничиванию" никеля за счёт легирования хромом, ванадием и другими элементами (рис. 1). К сожалению, хоть во многих немагнитных сплавах и удаётся получить текстуру, эпитаксиальный рост слоев на таких лентах остается для исследователей "крепким орешком" – необходимые легирующие компоненты легко окисляются. Уделено внимание получению хороших механических свойств лент - твердорастворному упрочнению и биметаллическим (многослойным) лентам, в которых один из слоев несёт на себе механическую нагрузку, а внешний слой обеспечивает хорошую текстуру и стабильность к окислению. Рассматриваются результаты применения порошковой технологии для создания заготовки под прокатку.

В настоящее время проблему трудно назвать решённой, хотя большинство исследователей и компаний (например, успешная American Superconductor) "остановилось" на сплаве никеля с 5 ат. % вольфрама. Этот сплав является своеобразным компромиссом, обладает хорошими механическими свойствами, стабильной текстурой, достаточно устойчив к окислению. К его недостаткам можно отнести ферромагнитные свойства (TC = 335K), вызывающие потери при использовании ВТСП - проводов на переменном токе.

Рис. 2. Обогащение поверхности лент палладием и серой. Сплошные линии – нагрев, пунктир – последующее охлаждение образца.

Результаты по исследованию процессов текстурообразования в лентах, содержащих палладий, суммированы в совместной работе ИФМ УРО РАН и МГУ им. М.В. Ломоносова [2]. В работе получены ленты состава Ni94Pd6 и Ni92.5Pd5W2.5 с острой кубической текстурой. Хотя этот материал вряд ли имеет большую практическую значимость (палладий слишком дорог в качестве легирующего компонента), в [2] рассмотрен ряд явлений, имеющих ценность для понимания процессов, сопровождающих текстурообразование в холоднокатаных лентах. Обнаружено необратимое обогащение поверхности текстурированного сплава Ni94Pd6 палладием и серой при нагревании сплава (рис. 2). Действительно, концентрация S на поверхности повышается более чем в 2 раза отно-сительно концентрации никеля. При этом серы в объёме образца содержится существенно менее 0.1%, то есть происходит обогащение поверхности микропримесью более чем в 1000 раз! Это поведение обусловлено явлением сегрегации примесей на поверхности, которое играет в технологии ВТСП очень важную роль. В настоящий момент достоверно известно, что именно сегрегация атомов серы ответственна за эпитаксиальный рост оксидного буферного слоя. Однако до конца механизм влияния серы на промотирование ориентированного роста пока не раскрыт. Сегрегация же металлических компонентов текстурированных лент-подложек до сих пор практически вообще не изучалась, хотя очевидно, что она также может оказывать существенное влияние на эпитаксию. Работа [2] в некотором смысле открывает эту важную тему. Более полное понимание процессов, происходящих на поверхности текстурированной ленты, совершенно необходимо для успешного развития технологии ВТСП-проводников второго поколения.

Альтернативой никелю, как материалу текстурированных подложек, является медь. Она превосходно текстурируется, более проста в обработке, в несколько раз дешевле никеля. Однако получение на медных подложках ВТСП слоя связано с серьёзными технологическими затруднениями, которые удалось решить пока только американцам из ORNL [3]. Развиваемый ими подход с осаждением в качестве первого слоя нитрида титана (затем MgO и LaMnO3) достаточно сложен, чтобы стать масштабной технологией. По медной тематике интересная работа находится сейчас в стадии публикации [4]. Авторы из Дрездена изучали текстурообразование и определяли механические характеристики меди и ее сплавов с 1-3 ат. % Al, Mn и 35 ат. % Ni. Оказалось, что алюминий и марганец даже в небольших коли-чествах нарушают процесс образования кубической текстуры; образцы с высокой степенью текстуры авторам удалось получить только для чистой меди и её сплава с никелем. При этом легирование меди 35 ат. % никеля приводит к повышению содержания двойников в 5 раз, средний размер зерён уменьшается с 45 до 28 мкм, но зато твёрдость по Викерсу возрастает с 57 до 120.

Этим же авторам принадлежит интересная разработка по получению текстурированных лент с вытянутыми в направлении прокатки зернами, про которую мы уже писали в выпуске №3 за 2006 г. В Appl. Phys. Lett. вышла очередная статья по этой теме [5]. Удлинение зерен позволяет уменьшить количество межзёренных границ на пути тока. Критический ток в ВТСП-покрытиях на таких лентах заметно анизотропен – в собственном поле в направлении вдоль ленты он в 4 раза превышает критток поперек ленты. Такую микроструктуру удалось получить пока только на лентах из меди и никеля, микролегированного серебром.

Рис. 3. Биржевые цены на покупку никеля и меди за последние 7.5 лет [6].

В заключение отметим быстрый рост цен на цветные металлы, который может сыграть свою роль в коррекции планов компаний, производящих ВТСП-провод. Это касается как выбора материала для ленты, так и желаемой цены в 10 $/кАм, которая появилась из сравнения потенциальной цены ВТСП с ценой обыкновенного медного проводника. Медь прибавила в цене с 2000-го года в 4 раза (основной рост пришёлся на 2006-2007-й годы), а никель более чем в 5 раз (рис. 3).

С.В. Самойленков

  1. Pinaki P. Bhattacharjee et al., J. Mater. Sci., 42, 1984 (2007).
  2. В.М. Счастливцев и др., ДАН, серия химическая, 412, 361 (2007).
  3. Cantoni et al., J. Mater. Res., 18, 2387 (2003).
  4. Sarma et al, J. Mater. Sci., в печати
  5. Eickemeyer et al., Appl. Phys. Lett., 90, 012510 (2007).
  6. по материалам сайта http://www.lme.co.uk.
Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.