[ $Y_1Ba_2Cu_3O_{7-8}$ ] (YBCO) coated conductor has been fabricated by batch-type process using oxide-precursor-based metal-organic deposition (MOD) method. The batch-type process can be scaled up more simply to Produce long-length YBCO conductor than the reel-to-reel process. Also, it has less handling problems and is adequate to the ambient gas environment. In this work, YBCO oride powder was used as a starting precursor for MOD method. After reel-to-reel dip coating process, me ter-long-buffered metal tape was wound around a cylinder and underwent calcination and annealing processes. Annealed YBCO films showed good c-axis alignment and dense surface morphology with no cracks, but exhibited very low critical current density of $10^5\;A/cm^2$.
Kim, Young-Kuk;Yoo, Jai-Moo;Ko, Jae-Woong;Chung, Kook-Chae;Heo, Soon-Young
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제6권4호
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pp.5-8
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2004
A low cost MOD processing using YBCO oxide powder as a starting precursor was employed for fabrication of YBCO thin films. YBCO oxide is advantageous over metal acetates or TFA salts which are popular starting precursors for conventional MOD-TFA process. YBCO thin films were prepared by oxide-precursor-based MOD process and annealing condition was optimized. The YBCO thin film annealed at 78$0^{\circ}C$ shows no transport $I_c$ and poor microstructure. However, the YBCO thin film annealed at higher temperature shows improvement in microstructure and current transport property. In order to improve critical current, YBCO thin film was prepared by double coating method. YBCO thin film prepared with double coating approach shows enhanced superconducting performance ($I_c$>100A/cm-w).
Solution-based MOD-TFA deposition technology of YBCO layers offers a route to low-cost YBCO coated conductors. Since the structures and properties of grown thin film by MOD process are strongly influenced by chemistry of precursor solution, the chemical modification of precursor solution for MOD process are important for improvement of the electrical properties of YBCO films. In this study, the precursor solution for MOD process are modified by chemical additives and solvents. The microstructure and texture of YBCO films grown by chemically modified precursor solution were characterized with SEM/EDS, XRD.
YBCO thin films on metal substrates were prepared by the metal-organic deposition using trifluoroacetates (TFA-MOD). To compensate the loss of Ba element from the precursor films due to the reaction with $CeO_2$ cap layer, we have employed Ba-excessive precursor solutions of $YBa_{2+x}Cu_{3}O_{7-{\delta}}$ ($0{\le}x{\le}0.1$). The precursor solutions were dip-coated on the metal substrates with $CeO_2$ cap layer, initially heated up to $400^{\circ}C$, and finally fired at the various high temperatures for 2 h in a reduced oxygen atmosphere. With this approach, YBCO films possessing critical temperature over 85 K could be successfully prepared on the metal substrates. The highest $T_{c,zero}$ value of 86 K was obtained from the Ba-excessive YBCO film of x=0.005 in $YBa_{2+x}Cu_{3}O_{7-{\delta}}$ fired at $750^{\circ}C$ for 2 h. However, unexpected $T_c$ suppression even in Ba-excessive YBCO samples requires further identification.
We fabricated $YBa_2Cu_3O_{7-x}$(YBCO) films on (00l) $LaAlO_3$ substrates prepared by metal organic deposition(MOD) method using trifluoroacetate(TFA) solution. The films with various thicknesses were prepared by repeating the dip-coating and calcining processes. The effects of film thickness on phase formation, microstructures, and critical properties were evaluated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. The microstructure and resultant critical current($I_C$) and critical current density($J_C$) varied remarkably with film thickness: The ($I_C$) value increased from 39 to 160 A/cm-width as the number of coatings increased from one to four, while the corresponding $J_C$ was measured to be in the range of $0.84-1.21\;MA/cm^2$. Both the $I_C$ and $J_C$ decreased when an additional coating was applied due to microstructural degradation, indicating that the optimum thickness is in the range of $1.1-1.8\;{\mu}m$. The possible cause for the decrease in the $I_C$ and $J_C$ value for film thicker than $1.8\;{\mu}m$ include non-uniform thickness, increased surface roughness, and the poor formability of the YBCO phase and texture arising from the insufficient heat treatment time with respect to the increased thickness.
We fabricated the YBCO films on LAO substrate using the TFA-MOD method and evaluated the effects of heat treatment temperature and film thickness on the microstructure, degree of texture, and critical properties. The calcining and firing were peformed at the temperature range of $370^{\circ}C-460^{\circ}C\;and\;750^{\circ}C-800^{\circ}C$, respectively. For the films fired at $775^{\circ}C$ after calcining at $400^{\circ}C-430^{\circ}C$showed highest critical temperature (Tc-onset) of 89.5 K and critical current (Ic) of 40A/cm-width which corresponds to critical current density (Jc) of $1.8MA/cm^2$. The highest critical properties are probably attributed to the formation of purer YBCO phase, stronger biaxial texture, and higher oxygen content, according to the XRD, pole-figure, SEM, Raman analysis. From the multi-coated films, the Ic increased from 39 to 169 A/cm-width as the coating repeated to four times, while the corresponding Jc was measured from once to be in the range of $0.8-1.2MA/cm^2$. Both Ic and Jc degraded as the coating repeated further, indicating that the optimum thickness is in the range of $1.0{\mu}m-1.7{\mu}m$.
We have investigated the MOD process successfully for the fabrication of the YBCO thick film on the $LaAlO_3$(001) single crystalline substrate. The cracking problem in YBCO thick film, a serious problem in the conventional TFA-MOD method, could be overcome with a careful control of precursor materials. Thus coating solution was prepared for the YBCO thick film by using fluorine-free precursor material. The precursor solutions were coated on the LAO(001) single crystalline substrate using the dip coating method, calcined at the temperature up to $500^{\circ}C$, and fired at various high temperatures for 2 h in a reduced oxygen atmosphere. Optimally processed YBCO thick film exhibited high critical current($I_c$) over 200 A/cm-width at 77K in self-field.
We fabricated the YBCO films on single crystal $LaAlO_3$ substrates via a metal organic deposition (MOD) process. In the process, $Y_2Ba_1Cu_1O_x$ and $Ba_3Cu_5O_8$ powders were dissolved in trifluoroacetic acid (TFA) followed by calcining and firing heat treatments. To evaluate the effects of the firing temperature on YBCO phase formation and critical properties, the films were fired at $750^{\circ}C,\;775^{\circ}C\;and\;800^{\circ}C$ after calcining at $430^{\cric}C$. Microstructure observation indicated that a crack-free surface formed and a strong biaxial texture was developed. The FWHM of out-of-plane texture was measured to be in the range of $4.3^{\cric}-7.0^{\circ}$ for all the films. When the YBCO film was fired at $775^{\cric}C$, it had the highest critical properties: 88.5 K of critical temperature and 16 A/cm-width of critical current ($1MA/cm^2$ as critical current density). On the other hand, those properties were degraded as firing at $750^{\circ}C\;and\;800^{\circ}C$. It is considered that the improved critical values are partly owing to dense and homogeneous microstructure, strong texture, and high oxygen content.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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