不銹鋼襯底MgB2！膜韌性的研究陳莉萍1莉莉1莊承鋼1張開誠1陳晉平1徐軍1安玲2閏昌碩1熊光成1馮慶榮11 1北京大學(xué)物理學(xué)院，人工微結(jié)構(gòu)與介觀物理國家重點(diǎn)。

　　膜面較光滑。由（B）可以看出，雖然通過過渡層制備的MgB2超導(dǎo)厚膜上依舊存在裂紋，但裂縫寬度為01到02um之間，比樣品1表面的裂縫寬度要稍小，膜面更加平整。因?yàn)闃悠?中，過渡層起到了馳豫緩沖的作用，表面厚膜層受到的應(yīng)力作用比樣品1原位生長時(shí)要略小，因此膜面平整情況優(yōu)于樣品1的。

　　比樣品1更加致密。X射線衍射測量表明，該厚膜的MgB2晶粒主要是沿著（101）和（002）方向生長，含有少量的Mg和MgO雜相，可見樣品1和樣品2在成分上基本相同。

　　圖（D）是樣品2的截面圖，可以清楚地看到不銹鋼襯底和MgB2過渡層的交界面：左邊顏色較暗部分是不銹鋼襯底，右邊則是MgB過渡層和MgB厚膜層（兩層總厚約為3Wm），襯底和過渡層之間沒有空隙，表明MgB2過渡層很好的附著在不銹鋼襯底上，這與后面彎曲，可見受到彎曲時(shí)，兩樣品都有超導(dǎo)起始轉(zhuǎn)變溫度保持不變的現(xiàn)象。但對于樣品1其轉(zhuǎn)變溫區(qū)隨彎曲角度的增加而變寬，7；（0）從未彎曲時(shí)的36K降為彎到180°時(shí)的30K超導(dǎo)性能有所下降，但都沒有喪失超導(dǎo)特性。對于樣品2其轉(zhuǎn)變溫區(qū)隨彎曲角度的增加變化很小。例如，7；（0）從未彎曲時(shí)的364K降為彎到180°時(shí)361IK僅降了約03IC這說明用HPCVD原位生長和通過過渡層制備的不銹鋼MgB2超導(dǎo)厚膜樣品都具有良好的韌性，一定范圍內(nèi)的形變對樣品的襯底上4-2015樣品1的膜面在大角度彎曲下被撕成一條條細(xì)長帶狀，出現(xiàn)了明顯的裂縫但未脫落，這表明MgB2超導(dǎo)厚膜緊緊的黏附在不銹鋼襯底上，說明膜對襯底又很強(qiáng)的附著性。所以在膜面受到較大的切向應(yīng)力時(shí)，膜面沿著彎曲方向被撕裂，而沿垂直彎曲方向的膜面依舊緊緊附著在不銹鋼襯底上。樣品2的表面層在彎曲角度到180°時(shí)發(fā)生小部分區(qū)域的脫落，這說明表面層對過渡層的附著性不如過渡層對不銹鋼襯底的附著性強(qiáng)。從中我們可以體會(huì)到選用不銹1（b）所能看到的裂縫。裂縫的存在使得四弓I線法測量電路中的兩電壓引線間的導(dǎo)電通路不完全由MgB2超導(dǎo)厚膜構(gòu)成。在裂縫部分必須通過不銹鋼襯底導(dǎo)電。這就是為什么（a）中所示的樣品1的R-T曲線在MgB2過渡層完成超導(dǎo)轉(zhuǎn)變后電阻不為零的原因。對于樣品2在過渡層上繼續(xù)生長了MgB2厚膜。雖然單獨(dú)看，厚膜層也存在裂紋，但兩層MgB2相疊，電流在裂縫處可以通過過渡層的MgB2厚膜得以導(dǎo)通，不像樣品1中只有一層膜在裂縫處對不同彎曲角度的樣品之間R~T曲線的比較，還可知：（1）彎曲后樣品的正常態(tài)電阻值比未彎曲的樣品的正常態(tài)電阻值要大，且彎曲角度越大，正常態(tài)的電阻越大；（2）轉(zhuǎn)變溫度以下，樣品1的剩余電阻隨彎曲角度增大而增大，樣品2的剩余電阻卻全為零。這是可以理解的：當(dāng)對樣品進(jìn)行彎曲處理時(shí)，如果MgB2厚膜是很好地附著于不銹鋼襯底之上，它會(huì)出現(xiàn)裂縫，彎曲的角度越大，裂縫的密度、寬度越大。對于樣品1而言，裂縫處靠不銹鋼導(dǎo)通，裂縫越多，測量電流流經(jīng)不銹鋼襯底的路程越長，正常態(tài)的電阻越大，轉(zhuǎn)變溫度以下參與導(dǎo)通的不銹鋼的電阻也越大，如（a）插圖所示。而樣品2中裂縫處導(dǎo)通靠的是MgB2過渡層，因此彎曲角度越大，參與回路導(dǎo)通的過渡層的MgB2越多，電流經(jīng)過的路線越長，正常態(tài)電阻越大，如（b）所示。因?yàn)闃?gòu)成回路的只是MgB2，低于轉(zhuǎn)變溫度，進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，剩余電阻都為零。所以轉(zhuǎn)變溫度以下，無論樣品2彎曲角度多大，樣品的電阻都為零。

　　4結(jié)論我們利用HPCVD法在不銹鋼襯底上生長了一層10微米厚的MgB2過渡層，再在其上生長一層20微米厚的MgB2超導(dǎo)厚膜得到了膜厚是30微米的不銹鋼襯底MgB2厚膜。對此樣品進(jìn)行不同角度的彎曲實(shí)驗(yàn)，最后以500微米的曲率半徑將其彎曲到180°后，其超導(dǎo)性能仍保持不變。表明這種河8已2超導(dǎo)厚膜有著良好的韌性和對不銹鋼襯底強(qiáng)的附著性。這也解決了MgB2超導(dǎo)厚膜層因其熱膨脹系數(shù)與不銹鋼襯底的不同引起的MgB2超導(dǎo)厚膜上出現(xiàn)大量裂紋影響其超導(dǎo)性能的問題。

　　不銹鋼襯底MgB2超導(dǎo)厚膜滿足了使用中對繞制超導(dǎo)磁體所用帶（線）材的延展性和韌性的要求，解決了MgB2塊材硬而脆、不能彎曲的缺點(diǎn)，為下一步利用它研制實(shí)用的MgB2超導(dǎo)帶（線）開辟了一條科學(xué)出版社。