Phase Stability of YBa2Cu3O7-d for the nominal composition of Y:Ba:Cu=1:1:2.5 in low oxygen pressures

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 재료공학부, 2018. 2. 유상임.Reactive Co-Evaporation Deposition and Reaction (RCE-DR) 공정을 통한 2세대 고온 초전도체 REBa2Cu3O7-δ (REBCO) 선재 제조에 적용될 수 있는 Y:Ba:Cu=1:1:2.5 조성의 YBCO 상 안정성 연구는 RCE-DR을 통한 YBCO 선재 제조 공정 최적화에 필수불가결하다. 본 연구는 Y:Ba:Cu=1:1:2.5 조성의 Y-Ba-Cu-O 비정질 전구체 막을 이용하여 1 – 150 mTorr 의 낮은 산소 분압 하에서 해당 조성에 대해 YBa2Cu3O7-δ (YBCO) 화합물의 상안정성을 실험적으로 정확하게 규명할 목적으로 수행하였다. 본 연구를 위해 Pulsed Laser Deposition (PLD) 증착법을 통해 Y:Ba:Cu=1:1:2.5 조성의 YBCO 비정질 전구체 막을 LaAlO3 (001) 기판에 증착하였고, 증착된 전구체 막은 reel-to-reel 튜브 퍼니스안에서 낮은 산소 분압, 다양한 온도에서 열처리하여 상을 형성시켰으며, 상온으로 급냉한 시편의 상과 미세구조 분석을 통해 YBCO 상의 상 안정 경계선 (phase boundary)과 각 상 영역에서의 평형상을 규명하였다. 실험 결과 초기조성이 Y:Ba:Cu=1:1:2.5인 YBa2Cu3O7-δ (YBCO)의 Y123 상 경계는 Y:Ba:Cu=1:2:3 조성의 YBCO와 비교해 30 – 150 mTorr 영역에서 약 70°C 낮은 온도에 위치하고 있으며, 1 – 30 mTorr 영역에서는 산소 분압이 낮아질수록 온도차가 줄어들어 1 mTorr에서 Y123 상 경계는 Y:Ba:Cu=1:2:3 조성의 YBCO에 비해 약 25°C 낮은 온도에 위치하는 것이 확인되었다. 설정 온도와 평형을 이루게 하고 산소 분압을 조절하는 경로로 열처리할 경우 Y211 + Y132 + L 또는 Y2O3 + Y132 + L에서 ternary peritectic reaction을 통해 Y123 상이 형성되는 Y:Ba:Cu=1:2:3 조성의 YBCO와 달리 Y2O3 + L에서 pseudobinary peritectic reaction을 통해 빠르게 Y123 상이 형성된다. 설정된 산소 분압 하에서 승온시에는 Y123 안정 영역의 안정상인 Y123 + Y2Cu2O5 + CuO 상이 형성되는 것을 확인하였고, 100 mTorr 이상의 산소 분압 분위기에서는 승온시 저온 구간에서 Y123와 CuO가 반응하여 Y211 + L 상이 생성되었고, 이 반응에 의해 상 분리 (phase segregation) 현상이 일어나 안정상이 생성되지 않았다. 결론적으로 본 연구에서 규명한 Y:Ba:Cu=1:1:2.5 조성의 YBCO 상 안정 경계선 위에 Y2O3 + L 평형상이 존재한다는 사실로부터 YBCO 선재도 RCE-DR 공정으로 제조가 가능하다는 것을 알 수 있으므로, 향후 제조 공정의 최적화에 본 연구 결과가 매우 유용한 기초 정보를 제공할 것으로 사료된다.I 서론 1 II 문헌연구 5 II.1 YBCO 의 구조 및 초전도 특성 5 II.2 YBCO 관련 상 안정도 선행 보고 8 II.3 RCE-DR 공정으로 증착한 GdBCO CC 12 II.4 Gd:Ba:Cu=1:1:2.5 조성의 GdBCO 상 안정성 15 III 실험방법 17 III.1 시편준비 17 III.1.1 타겟 제조 17 III.1.2 비정질 YBCO 전구체 막 제조 20 III.1.3 저 산소 분압 하 시편 열처리 공정 22 III.2 시편의 상 및 미세구조 분석 25 IV 실험 결과 및 고찰 26 IV.1 예비 실험 결과 26 IV.2 산소 분압 1 – 150 mTorr 영역 YBCO 상 경계점 28 IV.3 산소 분압 1 – 150 mTorr 영역 안정상 45 IV.4 YBCO 상 안정도 53 V 결론 57 VI 참고문헌 59 VII Abstract 63Maste