Influence of processing methods on residual stress evolution in coated conductors

Abstract

Several processing methods are under study for deposition of different layers of YBa 2 Cu 3 O 7−x -(YBCO-) coated conductors. The effect of these processing techniques on residual stress evolution in thin films of yttria-stabilized zirconia (YSZ) and YBCO was evaluated by measurement of the residual stresses using x-ray diffraction (XRD). The YSZ films (textured and nontextured) were deposited on Hastelloy C substrates by ion-beam-assisted deposition (IBAD), and the YBCO films were deposited on lanthanum aluminate (LaAlO 3 ) substrates by pulsed laser deposition (PLD) and sol-gel techniques. The measured residual stresses in the YSZ films (both textured and nontextured) were more compressive than the calculated thermal mismatch stress between Hastelloy C and YSZ, apparently due to intrinsic compressive stresses induced in the YSZ films during IBAD processing. In addition, a lower compressive residual stress was measured in the textured YSZ film compared to the nontextured film because of a reduction in the intrinsic compressive stress in the textured film. PLD processing of YBCO films on LaAlO 3 substrate resulted in a lower tensile residual stress (in the YBCO film) than the calculated thermal mismatch stress between YBCO and LaAlO 3 . This difference is attributed to the generation of intrinsic compressive stresses in the YBCO film during PLD, in a manner similar to IBAD. In comparison to IBAD and PLD, sol-gel processing apparently generated negligible intrinsic stresses, resulting in a good agreement between the measured residual stress in the YBCO film and the calculated thermal mismatch stress between YBCO and LaAlO 3 .

Остаточные Напряжения В Несущей Ленте AISI 310S На Этапе Нанесения Буферного Слоя YSZ При Изготовлении Втсп-2 Провода

“…Полная толщина ленты с YSZ-слоем составляет около 100 µm, из которых только 2 µm приходится на слой YSZ. Упругие характеристики стали AISI 310S (E = 200 GPa и ν = 0.27 [6]) и керамики YSZ (E ≈ 200 GPa и ν = 0.26 [8,9]) похожи. Если бы сжимающие напряжения существовали только в слое YSZ, то, как следует из баланса сил, для создания в ленте среднего напряжения σ L,T = +70 MPa они должны были бы составлять −3430 MPa.…”

“…Если бы сжимающие напряжения существовали только в слое YSZ, то, как следует из баланса сил, для создания в ленте среднего напряжения σ L,T = +70 MPa они должны были бы составлять −3430 MPa. В то же время в действительности остаточные сжимающие напряжения в слое YSZ, определенные экспериментально для похожей ленты (слой YSZ толщиной 1 µm нанесен методом IBAD на ленту из хастеллоя толщиной 100 µm), на порядок меньше, −365 ± 41 MPa [9].…”

“…В результате ионно-атомного упрочнения [10] поверхностный слой ленты может пластически деформироваться (чему способствует низкий предел текучести стали AISI 310S, меньше 350 MPa [6]) и подвергнуться сжатию [11]. Между прочим, поверхностное сжатие ленты может быть одной из причин повышенного уровня остаточных напряжений в слое YSZ, отмеченного в [9].…”

High-resolution XRD study of stress-modulated YBCO films with various thicknesses

“…where E and n are the elastic modulus and the Poisson ratio, respectively (for YBCO, E ¼ 157 GPa and n ¼ 0.3 [9]). Due to the assumption that YBCO film was in the isotropic system, residual stress in YBCO film can be determined as…”

Effect of temperature and film thickness on microstructure and residual stress for YbBCO-coated conductors

“…Material properties of Ni substrate, buffer layer and YbBCO structure at the room temperature[22][23][24][25][26] …”