ybco生长界面特性及相转化机理研究

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1、摘要YBa2Cu307-5(简称YBCO)各向异性的晶格结构及键合方式赋予了它独特的定向凝固特性，利用定向凝固技术制备晶面取向良好的YBCO比金属材料定向凝固取向控制面临更复杂的技术难题。本文首先以阶梯式烧结与间歇式研磨相结合的方式制备了XRD纯、微米级的原始粉料并建立了合理的梯度温场，之后将定向凝固技术与PMP合成工艺相结合，通过不断调整工艺参数如最高热处理温度、提拉速率等制备了ab晶面方向与样品轴向夹角在5。之内的YBCO棒材，并根据需要制备了若干淬火样品及含籽晶样品。借助于SEM观察及对杰克逊因子的计算从实验及理论两方

2、面对半熔态生长条件下YBCO不同晶面的界面结构进行了研究，认为在本实验条件下YBCO的ab晶面接近于光滑界面而ac／bc晶面为粗糙界面；进一步讨论了ab晶面的生长除受元素扩散影响之外还受原子沉积动力学影响，因此其法向生长速率低于ac／bc晶面，并且遵循不同的生长速率方程；YBCO生长过程中其acfoe晶面易受成分过冷的影响失稳分化成类胞状而引起微区成分偏析，以此为基础构建模型合理解释了熔化法YBCO样品中常见的片层状形貌。借助于元素分析的手段、从溶质扩散的角度对体系非平衡相变过程中YBCO晶体的形核、长大过程及非超导Y2Ba

3、Cu05(Y211)相的长大行为进行了研究。通过形貌观察及分析均认为在211存在的情况下，YBCO优先通过异质形核的方式在21l表面形核，此后211溶解提供的Y元素通过液相扩散至优先形成的YBCO表面进行生长；123与近邻211之间的溶质浓度梯度及相邻211粒子间的浓度梯度分别形成了123相生长及211相粗化的主要驱动力；粒度细小、尺寸均匀的211粒径不仅有利于YBCO的稳态生长，而且有助于防止211相的粗化。观察分析了定向凝固参数对定向凝固取向的影响；通过对样品中常见的畴界形貌及其成因的分析，讨论了制约大尺寸单畴YBCO制

4、备的因素；最后总结了定向凝固技术对YBCO的晶面取向控制机制，认为定向凝固法制咨单畴YBCO的过程经历了取向形核、竞争淘汰及外延生长三个阶段。关键词：YBCO，定向凝固，界面结构，形核，长大_西托工业大学工学硕七学位论文ABSTRACTTheanisotropycrystalstmctLIreandatomicbondingtypeofYBa2Cu307-8(YBC01endowit、vimuniquesolidificationcharacters，SO．thepreparationofYBCO、vitlltheab-cr

5、ystalfaceofitwellorientatedbyunidirectionalsolidificationmethodismuchmorecomplexandchallengingthanthepreparationofmetalmaterialsbythesametechnique．Primarypowdersofmicrondimensiondiameterhavebeenpreparedthroughmulti·stepsinteringprocedureandbatchtypegrindingprocess，

6、andtemperaturefieldwithpropertemperaturegradienthasalsobeenestablished．UnidirectionalsolidificationprocessandPMPsynthesismethodhavebeenemployedtogetherduringthesamplepreparationprocess．YBCOrodswiththeanglebetweenab—crystalplainandaxialdirectionwithin5。havebeensucce

7、ssfullypreparedviaadjiustingtheprocessingparameters，suchasthemaximumheatprocessingtemperatureandpullingrate，cta1．Besides，quenchingsamplesandsamplescontainingNdBa2Cu307．5seedhavealsobeenfabricated．TheinterfaceSba．1eturesofdifferentcrystalfaceofYBCOuMersemi—meltstate

8、havebeenobservedbySEMandtheJacksonfactorsofthemhavealsobeencalculated，andbasedonwhich，theabcrystalfaceandac／bcofYBCOhavebeendeterminedtobefacetan