Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 1/20 Развитие технологии производства ВТСП-проводов 2-го поколения в ЗАО «СуперОкс» С.В.Самойленков. - презентация

1 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 1/20 Развитие технологии производства ВТСП-проводов 2-го поколения в ЗАО «СуперОкс» С.В.Самойленков Прикладная сверхпроводимость Москва, 4 марта 2011 г.

2 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 2/ A (77К) 4800 А (65К) van der Laan et al. SUST Goldacker et al. IEEE TAS > 2600 A (77К) Токонесущие элементы на основе ВТСП-лент 2-го поколения

3 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 3/20 ВТСП-ленты 1-го поколения состоят на 2/3 из серебра. Основной материал ВТСП-лент 2-го поколения - никель. ВТСП-ленты 2-го поколения обладают более высокими характеристиками в высоких магнитных полях. Два поколения ВТСП-лент

4 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 4/20 Два подхода к созданию ВТСП-лент 2-го поколения RABiTSIBAD / ISD подложка буферные слои слой ВТСП серебро медь Химические способы осаждения слоев (MOCVD, MOD) дешевле, но сложнее физических методов (IBAD, ISD, PLD, …)

5 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 5/20 Стоимость ВТСП-проводов : прогноз из прошлого 1G1G2G Долларов, евро, иен (или рублей) за килоампер-метр – удобная единица сравнения стоимости проводников 2008

6 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 6/ ~ Стоимость ВТСП-проводов ~ 2 ЗАО СуперОкс основано в 2006-м году с целью создать в России опытное производство ВТСП-ленты 2-го поколения по технологии, не повторяющей технологию конкурентов, с более низкой себестоимостью.

7 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 7/20 ORNL, AMSC : ограниченное производство для национальных программ Япония, Корея : ограниченное производство для национальных программ evico : высокая стоимость ленты, производство порядка 10 км/год Zenergy/Thyssen Krupp : в разработке Создать собственное производство Выбрать немагнитный материал для текстурированной подложки Предпосылки / Задачи СуперОкса : лента-подложка

8 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 8/20 AMSC : PVD + MOD SuperPower : IBAD + PVD + MOCVD MetOx : MOCVD Япония (ISTEC, Fujikura et al.) : IBAD + PLD, MOCVD, MOD Корея (SunAm, KERI et al.) : IBAD + PLD, MOCVD Theva : термическое испарение Bruker : IBAD + PLD Zenergy Power : MOD PercoTech : MOCVD Разработать собственную технологию, основанную на MOCVD Найти пути осаждения на легкоокисляемые подложки Предпосылки / Задачи СуперОкса : технологии осаждения

9 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 9/20 Все этапы технологии осуществляются в режиме лентопротяжки Изготовление ленты-подложки плавка, ковка, термообработка, многократный прокат Текстурирование ленты-подложки термообработка Подготовка ленты под осаждение эпитаксиальных слоев электрополировка, обработка в парах серы Осаждение последовательности буферных слоев химическое осаждение из пара Осаждение слоя сверхпроводника химическое осаждение из пара Осаждение защитного слоя серебра магнетронное осаждение Осаждение защитного слоя меди электрохимическое осаждение Этапы технологии ВТСП-лент 2-го поколения (СуперОкс)

10 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 10/20 Производство текстурированной металлической ленты NiWNiFeNiCrW Немагнитная подложка! Промышленный прокат! > Разработано и создано оборудование для текстурирования холоднокатанной ленты заводского производства > Найдены оптимальные режимы получения острой кубической текстуры > Скорость текстурирования в опытной установке - 10 м/ч Счастливцев и др., Ленточные эпитаксиальные подложки из сплавов Ni-Pd и Ni-W-Pd для высокотемпературных сверхпроводников второго поколения, Доклады Академии наук, 412, 2007, 361 Гервасьева и др., Образование кубической текстуры в сплавах никеля с палладием для эпитаксиальных подложек ленточных высокотемпературных сверхпроводников, Физика металлов и металловедение, 103, 2007, 633 Досовицкий и др., Исследование закономерностей формирования текстуры в лентах из Ni сплавов и наносимых на них эпитаксиальных оксидных слоях, Перспективные материалы, 2008, 116 Dosovitsky et al. Thermal expansion of Ni-W, Ni-Cr and Ni-Cr-W alloys between room temperature and 800oC, Int. J. Thermophys. 30, 2009, 1931 Rodionov et al., Investigation of the structure and magnetic and mechanical properties of textured substrates of an Ni-Cr-W alloy, Physics of Metals and Metallography 109, 2010, 632 Майданник и др., Определение теплоты формирования кубической текстуры при отжиге сильнодеформированного сплава Ni, готовится к печати

11 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 11/20 Электрополирование сплава NiCrW Разработано и создано оборудование для биполярного электрополирования текстурированной ленты из сплава NiCrW R a (5x5 мкм 2 ) < 5 нм NiW (evico GmbH) NiCrW (СуперОкс) после электрополирования после текстурирования

12 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 12/20 2, град. (002)MgO (002)NiCrW MOCVD буферного слоя MgO на NiCrW > Разработан способ осаждения буферного слоя оксида магния на текстурированную ленту NiCrW с сохранением текстурного совершенства > Создано оборудование для MOCVD > Скорость движения ленты при осаждении слоя – 15 м/ч Досовицкий и др., Исследование закономерностей формирования текстуры в лентах из Ni сплавов и наносимых на них эпитаксиальных оксидных слоях, Перспективные материалы, 2008, 116 Бледнов и др., Фториды щелочноземельных металлов как материалы буферных слоев для ВТСП-лент второго поколения, Перспективные материалы, 2008, 126 Бледнов и др., Твердофазная эпитаксия фторидов щелочноземельных металлов со структурой флюорита, Доклады Академии Наук, 428, 2009, 194 Blednov et al., MOCVD of Epitaxial Alkali-Earth Fluorides Thin Films, Electrochem. Soc. Transactions 25, 2009, 453 Makarevich et al., Low-temperature MOCVD of epitaxial CaF2 and SrF2 films, Electrochem. Soc. Transactions 25, 2009, 525 Blednov et al., Epitaxial Calcium and Strontium Fluoride Films on Highly Mismatched Oxide and Metal Substrates by MOCVD: Texture and Morphology, Chem. Mater. 22, 2010, 175 Kuzmina et al., Chemical Solution Deposition of Ceria Textured Thin Films from Novel Mixed-Ligand MetalOrganic Precursors, Chemistry of Materials, 22, 2010, 5803 Markelov et al. Control of orientation of RBa2Cu3O7 films on substrates with low lattice mismatch via seed layer formation, IEEE Trans. Appl. Supercond. 21, 2011, в печати

13 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 13/20 MOCVD слоя ВТСП на буферные слои * в сотрудничестве с РНЦ КИ / НБИК > Созданы оригинальные установки для осаждения слоя ВТСП на движущуюся ленту > Найдены материалы буферных слоев, предотвращающие образование нежелательной а-ориентации в плёнках RBCO > Созданы и изучены пленки ВТСП с наноразмерными включениями, усиливающими пиннинг вихрей магнитного потока и критический ток во внешнем магнитном поле

14 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 14/20 MOCVD слоя ВТСП на буферные слои Бойцова и др., Особенности роста включений BaZrO3 в тонких композитных пленках на основе ВТСП YBa2Cu3O7-d, полученных методом химического осаждения из пара, Перспективные материалы, 2008, 22 Boytsova et al., MOCVD Grown Thin Film Nanocomposites Based On YBCO With Columnar Defects Comprised Of Self-Assembled Inclusions, Electrochem. Soc. Transactions, 25(8) (2009) 1185 Boytsova et al., Thin film nanocomposites based on YBCO with defects comprised of self-assembled inclusions, J. Phys.: Conf. Ser. 234, 2010, Samoilenkov et al., Anisotropic strain of BaZrO3, BaCeO3 and Y2O3 nanoinclusions in YBa2Cu3O7-x epitaxial film matrix and its relation to the oxygen content of the superconductor, Supercond. Sci. Technol., 24, 2011, Ширина = 2 мм, Толщина ВТСП = нм Ic (//) = 7,8 A Ic ( ) = 7,2 A Ic = 35 А/см ширины jc(77K) > 1 МА/см 2 Зависимость плотности критического тока слоя YBCO на ленте NiCrW от толщины буферного слоя

15 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 15/20 Осаждение слоя серебра > Создано оборудование для осаждения слоя серебра на ВТСП-ленту > Скорость движения ленты при осаждении слоя – 20 м/ч

16 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 16/20 Осаждение слоя меди > Разработано и создано оригинальное оборудование для осаждения слоя меди на ВТСП-ленту 100 мкм

17 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 17/20 Параметры качества и методы контроля Кристаллическая структура, фазовый состав, текстура, напряжения (подложка, слои) XRD Текстура поверхностных кристаллитов (подложка, слои) EBSD Элементный состав слоев EDX Морфология поверхности, шероховатость SEM, AFM, оптическая микроскопия Микроструктура поперечных срезов, дефекты слоев. Толщина слоев (HR)TEM Сверхпроводящие свойства пленок χ (Т, Н), ρ (Т), намагниченность (reel-to-reel)

18 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 18/20 Контрольно-измерительное оборудование Рентгеновский дифрактометр Rigaku SmartLab Прибор для изучения дифракции обратно-отраженных электронов (EBSD) Оxford Instruments Channel 5

19 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 19/20 Контрольно-измерительное оборудование Стенд для измерения распределения критического тока в ленте * в сотрудничестве с МИФИ

20 Прикладная сверхпроводимость Москва 4 марта 2011 г. 20/20 Создано опытное производство текстурированной немагнитной ленты Найдены пути осаждения оксидных слоев на легкоокисляемые подложки и создано опытное производство буферных слоев Получены ВТСП-пленки на буферных слоях с высокими характеристиками, ведется наладка пилотных установок осаждения ВТСП Создано оборудование для опытного производства слоев серебра и меди Создано оборудование для бесконтактного тестирования СП-свойств лент в режиме перемотки Создан штат молодых высококвалифицированных сотрудников (3 кандидатских диссертации в МГУ + дипломные работы) Налажены контакты с ведущими российскими и зарубежными партнерами Переведена и издана книга по технологии ВТСП-проводов 2-го поколения СуперОкс сегодня