專利名稱：用于外延涂層的金屬帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于外延涂層的由復(fù)合層組成的金屬帶及其制造方法。這類金屬帶例如可以具有優(yōu)點地作為沉積由YBa2Cu3Ox-高溫超導(dǎo)體材料組成的雙軸織構(gòu)層的載體帶使用。這類超導(dǎo)體特別適合于在能源技術(shù)領(lǐng)域使用。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公知的是Ni，Cu和Ag基金屬帶，適用于帶有雙軸織構(gòu)層的外延涂層(US 5 739 086；US 5 741 377；US 5 964 966；US 5 968877)。它們通過變形率高于95％的冷軋和隨后的再結(jié)晶退火制造而成，其中，形成增強{001}<100>的織構(gòu)(立方織構(gòu))。
特別是全世界都在加緊開發(fā)Ni和Ag基的基質(zhì)材料(J.E.Mathis etal，Jap.J.Appl.Phys.37.1998；T.A.Gladstone et al，Inst.Phys.Conf.Ser.No 167，1999)。公知的是在努力提高材料的強度，或者通過固溶體淬火，將含有典型地高于5％的一種或者多種合金元素的Ni合金軋制并再結(jié)晶(US 5 964 966；G.Celentano et al，Int.Journal of Modern PhysicsB，13，1999，S.1029；R.Nekkanti et al.，Presentation at the AppliedSupercond.Conf.，Virginia Beach，Virginia，Sept.17-22，2000)，或者通過將Ni與一種抗拉強度更高的材料構(gòu)成的復(fù)合材料進行軋制和再結(jié)晶(T.Watanabeet al.，Presentation at the Applied Supercond.Conf.，Virginia Beach，Virginia，Sept.17-22，2000)。
在固溶體淬火時存在一種臨界添加劑含量，高于該含量便不再能夠形成立方織構(gòu)。對銅鋅合金(提高Zn含量的Cu-Zn合金)的這種現(xiàn)象進行了深入研究，似乎普遍有效(H.Hu et al.，Trans.AIME，227，1963，S.627；G.Wasserman，J.GrewenTexturen metallischer Werkstoffe，Springer-Verlag Berlin/Gttingen/Heidelberg)。因為強度始終隨著合金濃度提高，所以與此相關(guān)的還有最大強度。第二種限制是在軋制變形時材料的強度就已經(jīng)很高。因此，當(dāng)要求提高變形率時需要非常大的軋制力，由此，一方面必然對軋機提出更高的要求，另一方面在技術(shù)上也很難實施極其均勻的軋制變形，而這對形成所需的高度立方織構(gòu)來說是必須的。
在通過軋制復(fù)合材料提高強度時，同樣存在高強度材料在高度變形時需要很高軋制力的問題。由于構(gòu)成復(fù)合材料的兩種材料機械特性不同，軋制時出現(xiàn)變形顯微組織中的非均質(zhì)性，從而降低了再結(jié)晶過程中可以達到的立方織構(gòu)質(zhì)量。
金屬間相具有明顯高于固溶體合金的強度。然而它們一般情況下很脆，所以不能用于制造具有顯著立方織構(gòu)的薄帶。
公知的特別是所謂的金屬間γ｀-和γ｀｀-相(Ni3Al，Ni3Ti，Ni3Nb)，強度不像固溶體那樣隨著溫度的上升而下降，而是甚至有所提高。因此，通過這些相強化的金屬帶恰恰是在臨界高溫下(＞600℃)涂層期間產(chǎn)生大大高于傳統(tǒng)金屬帶的強度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有特別高強度的外延涂層金屬帶。本發(fā)明還包括一種方法，可以在工藝上毫無問題地制造這種高強度金屬帶。
該目的利用由復(fù)合層組成的金屬帶由此得以實現(xiàn)，即復(fù)合層由金屬Ni，Cu，Ag的或者其合金的至少一個雙軸織構(gòu)基層和至少另一個金屬層組成，其中，其他各金屬層由一個或者多個金屬間相或者由一種其中含有一個或者多個金屬間相的金屬組成。
依據(jù)本發(fā)明第一依據(jù)目的的構(gòu)成，在雙軸織構(gòu)的基層由Ni或者Ni合金組成的情況下，其他各金屬層由基層金屬的金屬間相以及至少一種金屬Al，Ta，Nb，Ti或者其合金組成。
依據(jù)本發(fā)明第二依據(jù)目的的構(gòu)成，在雙軸織構(gòu)的基層由Ni或者Ni合金組成的情況下，其他各金屬層由至少一種金屬Al，Ta，Nb，Ti或者其中含有金屬Al，Ta，Nb，Ti的金屬間相或者其含有基層金屬的合金組成。
金屬間相可以依據(jù)目的由NiAl，Ni3Al，Al3Ni2，Al3Ni，NiTa，NiTa2，Ni3Ta，Ni3Nb，和/或Ni6Nb7組成。
依據(jù)本發(fā)明另一依據(jù)目的的構(gòu)成，在雙軸織構(gòu)的基層由Cu或者Cu合金組成的情況下，其他各金屬層由Zn和Cu的或者Cu合金的金屬間相組成。
在雙軸織構(gòu)的基層由Cu或者Cu合金組成的情況下，其他各金屬層也由Zn組成，其中含有Cu的或者含有Zn的Cu合金的金屬間相。
在此方面，Cu的或者含有Zn的Cu合金的金屬間相為β-和/或γ-黃銅。
依據(jù)本發(fā)明另一依據(jù)目的的構(gòu)成，在雙軸織構(gòu)的基層由Ag或者Ag合金組成的情況下，其他各金屬層由Nd和Ag的或者Ag合金的金屬間相組成。
在雙軸織構(gòu)的基層由Ag或者Ag合金組成的情況下，其他各金屬層也由Nd組成，其中含有Ag的或者含有Nd的Ag合金的金屬間相。
在此方面，Ag的或者含有Nd的Ag合金的金屬間相由Ag52Nd14，Ag2Nd，和/或AgNd組成。
依據(jù)本發(fā)明一具有優(yōu)點的構(gòu)成，復(fù)合層由兩個雙軸織構(gòu)的基層和一個其他金屬層組成，其中，其他金屬層設(shè)置在雙軸織構(gòu)層之間。
為制造這種金屬帶，本發(fā)明包括一種方法，其中首先制造復(fù)合層，由金屬Ni，Cu，Ag的或者其合金的至少一種適合于雙軸織構(gòu)的層和至少一個其他金屬層組成。在此方面，在其他金屬層內(nèi)必須含有一種可與適合于雙軸織構(gòu)的層構(gòu)成金屬間相的元素。
此后，將該復(fù)合層以至少90％的變形率軋制成帶。最后，借助于300℃和1100℃之間的帶熱處理，在適合于雙軸織構(gòu)的層和其他層中，通過金屬間相復(fù)合層界面上的相互擴散構(gòu)成所要求的立方織構(gòu)。
以適當(dāng)?shù)姆绞酵ㄟ^涂層金屬制造復(fù)合層，并以至少95％的變形率將復(fù)合層軋制成帶。帶的熱處理特別適用500℃和900℃之間的溫度。
依據(jù)本發(fā)明方法的一變化在于，首先通過軋制和再結(jié)晶制造由Ni，Cu，Ag或者其合金組成的雙軸織構(gòu)帶。隨后將這種帶利用至少一種其他金屬相涂層，該金屬相包括至少一種含有可在雙軸織構(gòu)帶中形成金屬間相的元素的金屬。作為涂層方法例如可以是電解的，化學(xué)的或者也可以是從汽相中沉積的方法。在后面的熱處理期間，從邊界層出發(fā)構(gòu)成穩(wěn)定的金屬間相。
作為對涂層的選擇，只要雙軸織構(gòu)帶的熔點明顯高于其他金屬相，也可以將雙軸織構(gòu)帶單面用液態(tài)的其他金屬相浸濕，然后擴散到雙軸織構(gòu)帶內(nèi)，從而從雙軸織構(gòu)帶的表面出發(fā)形成金屬間相。
采用依據(jù)本發(fā)明的方法可以相當(dāng)簡單的方式制造高強度的雙軸織構(gòu)金屬帶。在此方面特別的優(yōu)點是，處于變形工藝過程階段的金屬帶仍具有有利的低強度和高延性，因為只有在最后的退火處理時，金屬帶內(nèi)才會形成高強度的金屬間相。立方織構(gòu)不會受到再結(jié)晶和擴散過程不同動力學(xué)的影響。
依據(jù)本發(fā)明的金屬帶特別適合作為沉積由YBa2Cu3Ox-高溫超導(dǎo)體材料組成的雙軸織構(gòu)層的載體帶使用。這類超導(dǎo)體特別適合于在能源
具體實施例方式
下面借助實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
實施例1通過軋制電鍍產(chǎn)生由金屬Ni和Al組成的三層復(fù)合層，層序為Ni/Al/Ni。Ni層的厚度為1.5mm，Al層為0.5mm。將這種復(fù)合層軋制成厚80μm的帶。隨后將該帶在600℃溫度下的還原氣氛中放置數(shù)小時。在這種熱處理的頭幾分鐘里該帶再結(jié)晶。在這種熱處理的繼續(xù)進行中，邊界層上產(chǎn)生和增加不同化學(xué)計算法的NiAl相。
成品帶表面上具有高度的立方織構(gòu)，特別適合于利用雙軸織構(gòu)層進行雙面外延涂層。
該帶室溫下的屈服點為100Mpa，直至600℃的溫度都不會改變。因此，這種材料在涂層金屬的溫度下與傳統(tǒng)的，特別是與固溶體硬化的金屬帶相比強度大大提高。
實施例2通過軋制電鍍產(chǎn)生由金屬Ni和Nb組成的三層復(fù)合層，層序為Ni/Nb/Ni。Ni層的厚度為1.5mm，Nb層為0.5mm。將這種復(fù)合層軋制成厚40μm的帶。隨后將該帶在900℃下的還原氣氛中放置1小時。在這種熱處理的頭幾秒里該帶再結(jié)晶。在退火的繼續(xù)進行中，邊界層上產(chǎn)生和增加不同化學(xué)計算法的NiNb相。
成品帶表面上具有高度的立方織構(gòu)，同樣適合于利用雙軸織構(gòu)層進行雙面外延涂層。
該帶室溫下的屈服點為85Mpa，直至600℃的溫度都不會改變。因此，這種材料在涂層金屬的溫度下與傳統(tǒng)的，特別是與固溶體硬化的金屬帶相比強度大大提高。
實施例3通過軋制和再結(jié)晶產(chǎn)生厚40μm的純Ni雙軸織構(gòu)帶，加熱到800℃并在不涂層的面上涂覆10μm厚的Al膜。由于熱處理的作用，Al膜熔化，Al擴散到Ni內(nèi)，從而通過相互擴散從Ni帶的表面出發(fā)形成不同化學(xué)計算法的NiAl相。
該帶室溫下的屈服點為90Mpa，直至600℃的溫度都不會改變。因此，這種材料在涂層金屬的溫度下與傳統(tǒng)的，特別是與固溶體硬化的金屬帶相比強度大大提高。
實施例4通過軋制電鍍產(chǎn)生由金屬Cu和Zn組成的三層復(fù)合層，層序為Cu/Zn/Cu。Cu層的厚度為1.5mm，Zn層為0.7mm。將這種復(fù)合層軋制成厚50μm的帶。隨后將該帶以30K/min加熱到800℃并保持60分鐘。在這種退火期間，首先形成增強立體織構(gòu)，隨后從Cu-Zn界面出發(fā)，形成不同化學(xué)計算法的黃銅相。
成品帶表面上具有高度的立方織構(gòu)，適合于利用雙軸織構(gòu)層進行雙面外延涂層。該帶室溫下的屈服點為80Mpa，隨著溫度的上升下降到750℃時的30Mpa。因此，該帶強度明顯高于其他采用較強軋制的雙軸織構(gòu)的Cu合金帶。
權(quán)利要求
1.用于外延涂層的金屬帶，由復(fù)合層組成，其特征在于，復(fù)合層由金屬Ni，Cu，Ag的或者其合金的至少一個雙軸織構(gòu)基層和至少一個其他金屬層組成，其中，其他各金屬層由一個或者多個金屬間相或者由一種其中含有一個或者多個金屬間相的金屬組成。
2.按權(quán)利要求1所述的金屬帶，其中，在雙軸織構(gòu)的基層由Ni或者Ni合金組成的情況下，其他各金屬層由基層金屬的金屬間相以及至少一種金屬Al，Ta，Nb，Ti或者其合金組成。
3.按權(quán)利要求1所述的金屬帶，其中，在雙軸織構(gòu)的基層由Ni或者Ni合金組成的情況下，其他各金屬層由至少一種金屬Al，Ta，Nb，Ti或者其中含有金屬Al，Ta，Nb，Ti的金屬間相或者其含有基層金屬的合金組成。
4.按權(quán)利要求2或3所述的金屬帶，其中，金屬間相由NiAl，Ni3Al，Al3Ni2，Al3Ni，NiTa，NiTa2，Ni3Ta，Ni3Nb，和/或Ni6Nb7組成。
5.按權(quán)利要求1所述的金屬帶，其中，在雙軸織構(gòu)的基層由Cu或者Cu合金組成的情況下，其他各金屬層由Zn和Cu的或者Cu合金的金屬間相組成。
6.按權(quán)利要求1所述的金屬帶，其中，在雙軸織構(gòu)的基層由Cu或者Cu合金組成的情況下，其他各金屬層由Zn組成，其中含有Cu的或者含有Zn的Cu合金的金屬間相。
7.按權(quán)利要求5或6所述的金屬帶，其中，Cu的或者含有Zn的Cu合金的金屬間相由β-和/或者γ-黃銅組成。
8.按權(quán)利要求1所述的金屬帶，其中，在雙軸織構(gòu)的基層由Ag或者Ag合金組成的情況下，其他各金屬層由Nd和Ag的或者Ag合金的金屬間相組成。
9.按權(quán)利要求1所述的金屬帶，其中，在雙軸織構(gòu)的基層由Ag或者Ag合金組成的情況下，其他各金屬層由Nd組成，其中含有Ag的或者含有Nd的Ag合金的金屬間相。
10.按權(quán)利要求8或9所述的金屬帶，其中，Ag的或者含有Nd的Ag合金的金屬間相由Ag52Nd14，Ag2Nd，和/或AgNd組成。
11.按權(quán)利要求1所述的金屬帶，其中，復(fù)合層由兩個雙軸織構(gòu)的基層和一個其他金屬層組成，其中，其他金屬層設(shè)置在雙軸織構(gòu)層之間。
12.用于制造按權(quán)利要求1-11之一所述的金屬帶的方法，其特征在于，首先制造復(fù)合層，由金屬Ni，Cu，Ag的或者其合金的至少一個適合于雙軸織構(gòu)的層和至少一個其他金屬層組成，其中，在其他金屬層內(nèi)含有至少一種可與適合于雙軸織構(gòu)的層構(gòu)成金屬間相的元素，此后，將該復(fù)合層以至少90％的變形率軋制成帶，最后，借助于300℃和1100℃之間的帶熱處理，在適合于雙軸織構(gòu)的層和其他層中，通過金屬間相復(fù)合層界面上的相互擴散構(gòu)成所要求的立方織構(gòu)。
13.按權(quán)利要求12所述的方法，其中，復(fù)合層通過電鍍制造。
14.按權(quán)利要求12所述的方法，其中，以至少95％的變形率軋制復(fù)合層。
15.用于制造按權(quán)利要求1-11之一所述的金屬帶的方法，其特征在于，首先通過軋制和再結(jié)晶制造由Ni，Cu，Ag或者其合金組成的雙軸織構(gòu)帶，隨后將這種帶利用至少一種其他金屬相涂層，該金屬相包括至少一種含有可在雙軸織構(gòu)帶中形成金屬間相的元素的金屬，在后面的熱處理期間，從邊界層出發(fā)構(gòu)成穩(wěn)定的金屬間相。
16.按權(quán)利要求15所述制造金屬帶的方法，其中，為涂層金屬使用電解的，化學(xué)的或者從汽相中沉積的方法。
17.按權(quán)利要求12或15所述的方法，其中，在500℃和900℃之間的溫度下進行熱處理。
18.按權(quán)利要求15所述制造金屬帶的方法，其中，只要雙軸織構(gòu)帶的熔點明顯高于其他金屬相，將雙軸織構(gòu)帶單面用液態(tài)的其他金屬相浸濕，
19.按權(quán)利要求1-11所述的金屬帶作為沉積由YBa2Cu3Ox-高溫超導(dǎo)體材料組成的雙軸織構(gòu)層的載體帶使用，用于制造帶狀高溫超導(dǎo)體。
20.依據(jù)權(quán)利要求19的制造的高溫超導(dǎo)體在能源技術(shù)領(lǐng)域的使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于外延涂層的由復(fù)合層組成的金屬帶及其制造方法。本發(fā)明的目的在于，提供一種具有特別高強度的金屬帶和一種相應(yīng)的制造方法。依據(jù)本發(fā)明的金屬帶為一種復(fù)合層，由金屬Ni，Cu，Ag或者其合金的至少一個雙軸織構(gòu)基層和至少另一個金屬層組成，其中，其他各金屬層由一個或者多個金屬間相或者由一種其中含有一個或者多個金屬間相的金屬組成。制造方法的特征在于，在制造工藝過程結(jié)束時，通過層內(nèi)存在的元素相互擴散形成金屬間相。這類金屬帶例如可以具有優(yōu)點地作為沉積由YBa
文檔編號H01L39/24GK1612957SQ02826653
公開日2005年5月4日 申請日期2002年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月2日
發(fā)明者貝恩德·德博爾, 薩爾馬·瓦德拉曼尼, 尤塔·克勞爾 申請人:德累斯頓協(xié)會萊布尼茨固體材料研究所, 帝森克虜伯Vdm有限公司