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随着YBa2Cu3O7-x(YBCO)高温涂层超导材料在诸多领域的广泛应用,做为外延生长YBCO的韧性Ni-5at.%W(NiSW)合金基带,因在保证高织构度的前提下,具有很好的机械性能和较低磁性,成为了基带规模化生产的首选。国际上已有一些公司和科研单位能够生产该种基带,国内也有单位先后开展了Ni5W合金基带短样的研究工作,但对Ni5W合金长带的制备工艺研究尚不够成熟,且目前报道中关于Ni5W基带上外延过渡层薄膜的取向关系研究中,除了XRD的宏观表征外缺少微观取向的表征研究,这为测定基带和外延膜层微取向关系提出了新的挑战。针对以上问题,本论文系统开展了涂层导体用Ni5W合金长带制备工艺和关键技术的研究,对制备的Ni5W合金长带的微观组织和织构均匀性进行了表征。其次采用背散射电子衍射(EBSD)技术同步表征了在制备的Ni5W合金基带上外延La2Zr2O7薄膜的织构以及与基板材料的微取向关系。论文获得了以下创新性研究成果。
采用真空感应熔炼技术在1650℃精炼下制备出了Ni5W合金铸锭,经高温锻造、热轧得到了元素分布均匀,晶粒尺寸为30~40μm的Ni5W合金初始坯锭,后经冷轧获得了长度达50米的Ni5W合金基带;研究了不同轧制加工率,不同的轧制方式、轧制速度、轧制中润滑等轧制过程工艺参数对基带轧制织构和再结晶织构的影响,发现采用轧速5.0m/min的往复无润滑轧制工艺,在总变形量大于95%,道次变形量为~3%时,可在制得的基带中获得较为理想的冷轧织构。实验对长带轧制过程中的一些关键加工技术,如铸锭开坯,牵引轧制等技术细节进行了系统的研究和总结。
对Ni5W合金长带的退火方式,如静态退火(长带绕制退火),动态退火(连续退火炉退火)过程进行了相关的实验和设计计算,并确定了合适的退火方式。为了在保证织构的前提下降低基带的晶界深度,对Ni5W合金基带的再结晶退火温度和时间进行了系统研究。结果表明随着退火温度的升高,Ni5W合金基带的再结晶立方织构含量不断增加,当采用1200℃×0.5h退火时,晶粒异常长大,退火晶界加深,最终当在1100℃,保温0.5h退火时,Ni5W合金基带的立方织构含量可保持在99%(≤10°)以上,同时退火晶界最浅。对其中20米长带的均匀性研究表明,厚度为~63μm的基带沿长度方向上立方织构分布非常均匀,其含量均达~99%(≤10°)。以上研究提出的Ni5W合金长带制备工艺,为Ni5W合金长带的进一步产业化奠定了基础。
本文首次通过EBSD技术对Ni5W合金基带上外延La2Zr2O7过渡层的取向关系进行了“同步”表征,证实了EBSD技术是一种用于外延薄膜测试的更有潜力的测试手段,尤其是在韧性基底上外延脆性的氧化物纳米点和薄膜。研究结果表明降低EBSD测试中的加速电压范围到5kV~15kV时,可同时获得Ni5W合金基底和外延生长的La2Zr2O7薄膜的晶体学取向数据,使基底及外延层La2Zr2O7的取向特征同时在一幅极图中得到反应。对其菊池花样的独立标定计算发现在强立方织构Ni5W基底上生长的纳米La2Zr2O7外延层的取向呈旋转立方织构取向,与Ni5W基底的面内取向差为45°,外延生长方向为(c-轴)<001>LZO//<001>Ni5W。进一步对比分析了采集的菊池带质量(IQ),置信度(CI),匹配度(Fit)等数据,做出了相关晶格匹配度和微取向的评估。
综上,研究开发Ni5W合金长带的制备工艺对推进涂层导体的产业化具有重要的现实意义。本论文首先探索了Ni5W合金铸锭的真空感应熔炼和热轧工艺,获得了元素分布均匀,晶粒尺寸较小的Ni5W合金初始坯锭。其次,对Ni5W合金长带制备过程中的冷轧轧制方式,轧制速度,轧制中润滑以及后续再结晶退火工艺和长带退火方式等进行了系统的研究,确定出了稳定的长带制备工艺,为Ni5W合金长带的产业化奠定了基础。最后值得指出的是本文还首次借助EBSD技术对制备的Ni5W基带和在其上外延的La2Zr2O7过渡层的织构以及它们之间的微取向关系进行了同步表征,挖掘出了EBSD技术不同于常规XRD在外延取向测试中的独特应用。
采用真空感应熔炼技术在1650℃精炼下制备出了Ni5W合金铸锭,经高温锻造、热轧得到了元素分布均匀,晶粒尺寸为30~40μm的Ni5W合金初始坯锭,后经冷轧获得了长度达50米的Ni5W合金基带;研究了不同轧制加工率,不同的轧制方式、轧制速度、轧制中润滑等轧制过程工艺参数对基带轧制织构和再结晶织构的影响,发现采用轧速5.0m/min的往复无润滑轧制工艺,在总变形量大于95%,道次变形量为~3%时,可在制得的基带中获得较为理想的冷轧织构。实验对长带轧制过程中的一些关键加工技术,如铸锭开坯,牵引轧制等技术细节进行了系统的研究和总结。
对Ni5W合金长带的退火方式,如静态退火(长带绕制退火),动态退火(连续退火炉退火)过程进行了相关的实验和设计计算,并确定了合适的退火方式。为了在保证织构的前提下降低基带的晶界深度,对Ni5W合金基带的再结晶退火温度和时间进行了系统研究。结果表明随着退火温度的升高,Ni5W合金基带的再结晶立方织构含量不断增加,当采用1200℃×0.5h退火时,晶粒异常长大,退火晶界加深,最终当在1100℃,保温0.5h退火时,Ni5W合金基带的立方织构含量可保持在99%(≤10°)以上,同时退火晶界最浅。对其中20米长带的均匀性研究表明,厚度为~63μm的基带沿长度方向上立方织构分布非常均匀,其含量均达~99%(≤10°)。以上研究提出的Ni5W合金长带制备工艺,为Ni5W合金长带的进一步产业化奠定了基础。
本文首次通过EBSD技术对Ni5W合金基带上外延La2Zr2O7过渡层的取向关系进行了“同步”表征,证实了EBSD技术是一种用于外延薄膜测试的更有潜力的测试手段,尤其是在韧性基底上外延脆性的氧化物纳米点和薄膜。研究结果表明降低EBSD测试中的加速电压范围到5kV~15kV时,可同时获得Ni5W合金基底和外延生长的La2Zr2O7薄膜的晶体学取向数据,使基底及外延层La2Zr2O7的取向特征同时在一幅极图中得到反应。对其菊池花样的独立标定计算发现在强立方织构Ni5W基底上生长的纳米La2Zr2O7外延层的取向呈旋转立方织构取向,与Ni5W基底的面内取向差为45°,外延生长方向为(c-轴)<001>LZO//<001>Ni5W。进一步对比分析了采集的菊池带质量(IQ),置信度(CI),匹配度(Fit)等数据,做出了相关晶格匹配度和微取向的评估。
综上,研究开发Ni5W合金长带的制备工艺对推进涂层导体的产业化具有重要的现实意义。本论文首先探索了Ni5W合金铸锭的真空感应熔炼和热轧工艺,获得了元素分布均匀,晶粒尺寸较小的Ni5W合金初始坯锭。其次,对Ni5W合金长带制备过程中的冷轧轧制方式,轧制速度,轧制中润滑以及后续再结晶退火工艺和长带退火方式等进行了系统的研究,确定出了稳定的长带制备工艺,为Ni5W合金长带的产业化奠定了基础。最后值得指出的是本文还首次借助EBSD技术对制备的Ni5W基带和在其上外延的La2Zr2O7过渡层的织构以及它们之间的微取向关系进行了同步表征,挖掘出了EBSD技术不同于常规XRD在外延取向测试中的独特应用。