TWI230200B - Metal band and manufacturing method of the same - Google Patents

Description

1230200 玖、發明說明 (發明說明應敘明 :發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發^明所廣技棚"領域】 發明領域 本發明係關於一種供用於外延的被覆層之由一疊層結 5構所組成的金屬帶材及其製造方法。此種金屬帶材可以相 當有利地被應用於例如，做為由Yba2CU3〇x一高溫-超導 材料所構成之雙軸向結構層的沈積用之承載帶材。此種高 溫一超導體特別適合應用於能源科技中。 I：先前技術3 10 發明背景 以Ni，Cu和Ag為基底的金屬帶材已屬習知’其可與一 雙軸向結構層一同適用於外延的被覆層（US 5 739 086; US 5 741 377; US 5 964 966; US 5 968 877)。該等金屬帶材係 透過一變形度超過95%的冷軋，及一後續的再結晶退火而 15 製造，藉以形成一線條分明的{〇〇1}<1〇〇〉結構（立方體結 構）。 尤其以Ni和Ag為基礎之基底材料的發展已世界性地密 集開發（J.E. Mathis et al·，Jap. J. Appl. Phys· 37，1998; T. A. Gladstone et al·，Inst. Phys. Conf. Ser. No 167，1999) ° 20 已知在提昇材料強度的努力上，或者利用混合晶淬火處理 ，藉以將一典型的具有超過5%之一種或多種合金元素之 Ni-合金予以壓延並再結晶（US 5 964 966; G. Celentano et al·，Int_ Journal of Modern Physics B，13，1999，S. 1029; R· Nekkanti et al·，Presentation at the Applied Supercond. 1230200 玖、發明說明

Conf.? Virginia Beach, Virginia, Sept. 17-22，2000)，或者 透過將一具有一種抗拉強度高的材料之由N i構成的疊層結 構予以壓延及再結晶（T. Watanabe et al.，Presentation at the Applied Sutercond. Conf.9 Virginia Beach, Virginia, Sept. 5 17-22, 2000)來進行。 在混合晶淬火處理中有一個臨界合金度，超過該合金 度即無法形成立方體結構。此種現象在黃銅合金（具有增 高的Zn—含量之Cu - Zn-合金）中被密集地研究，而且顯示 具有普遍的適用性(H· Hu et al·，Trans. AIME，227, 1963, S· 10 627; G. Wassermann, J. Grewen: Texturen metallischer

Werkstoffe，Springer-Verlag Berlin/GSttingen/Heidelberg) o 由於強度隨著合金濃度上昇，因此也關連到一最適強度。 第二個限制是材料在冷軋成型時已經具有的高強度。因此 ，在所需要的高成型度下會出現很大的壓延力，從而在執 15 行對於形成所需的高度立方體結構為必需之非常均勻的壓 延變形時，一方面必需對延壓機具設定一提高的需求，另 一方面則在技術上變得更困難。 在利用疊層結構的壓延以提高強度的情形中，同樣有 一非常強固的材料之劇烈變形時會產生高壓延力的問題。 20 由於二者之機械特性的差異，構成疊層結構的材料在壓延 時，會在變形微構造上出現不均勻性，造成再結晶過程中 可以獲致之立方體結構品質的降低。 一明顯較高的強度係出現於混合金淬火具有金屬間相 時。惟其於一般情況下是脆的，故無法被加工成具有明顯 1230200 玖、發明說明 依據本發明之另一目的的配置，當雙軸向結構底層係 由Cu或Cu-合金構成時，該等個別的他種金屬層係由Zn的 金屬間相及該Cu或該Cu-合金構成。 當雙軸向結構底層係由Cu或Cu-合金構成時，該等個 5 別的他種金屬層可以由Zn及其中所含之Cu的金屬間相，或 該Cu-合金與該Zn組成。

Cu或Cu-合金的金屬間相及Zn為β-及/或γ-黃銅。 依據本發明之又一目的的配置，當雙軸向結構底層係 由Ag或Ag-合金構成時，該等個別的他種金屬層係由Nd的 10 金屬間相及該Ag或該Ag-合金構成。 當雙軸向結構底層係由Ag或Ag-合金構成時，該等個 別的他種金屬層可以由Nd及其中所含之Ag的金屬間相， 或該Ag-合金與該Nd組成。

Ag或Ag-合金的金屬間相及Nd係由Ag52Nd14, Ag2Nd及 15 /或AgNd組成。 依據本發明之一有利的配置，該疊層結構係由兩層雙 軸向結構底層及一他種金屬層所構成，其中該他種金屬層 被配置於該等雙軸向結構層之間。 本發明包含一方法供製造此種金屬帶材，其係先製造 20 一疊層結構，該疊層結構由至少一適合於形成一雙向結構 之Ni，Cu，Ag或其等之合金的層，及至少一他種金屬的層 所組成。在該他種金屬的層中必需至少含有一種元素，其 可與適合形成雙軸向結構之層的該等元素形成金屬間相。 然後，將該疊層結構以至少90%的變形度壓延成一帶 1230200 玖、發明說明 材。接著透過該帶材在300。〇：及11〇〇1：之間的熱處理，所 欲之結構在該適合於形成雙軸向結構之層和該另一層中， 藉著相互擴散超過該等互相連結的界面而形成金屬間曰相。 該疊層結構係依據目的而以包覆金屬的方式製成，並 5以至少95%之變形度實施壓延將該疊層結構製成一帶材。 該帶材之熱處理尤以介於500乞及9〇(rc間的溫度為合適。 依據本發明之方法的一種變化係先利用壓延及再結晶 製成-由Ni，Cu，Ag或其等之合金所組成的雙軸向結構帶曰 材。此帶材接著要以至少另一種金屬相加以被冑，而該金 10屬相中至少含有-種金屬，其可與該等元素在雙轴向結構 的帶材中形成金屬間相。被覆方法可舉例如電解、化學或 從氣相沈積等方法。而後續之一熱加工處理則從邊界層開 始形成強化的金屬間相。 只要該雙軸向結構帶材的熔點明顯高於另一金屬相， 15則形成被覆層之其他途徑亦可採取以流體形式之另一種金 屬相/需濕w亥雙軸向結構帶材的一自，然後從該相進行擴散 進入違雙軸向結構帶材，藉而從該雙轴向結構帶材的表面 開始形成金屬間相。 依據本發明之方法可以利用相當簡單的方式製造高強 20度之雙軸向結構金屬帶材。其特殊的優點在於 ，該帶材在 成型階段中仍然表現一有利的低硬度及高延展性，因為高 強度的金屬間相要到最後的退火處理時才會在帶材中形成 。由於各製程之不同的動力學，再結晶與擴散並不會妨礙 立方體結構的形成。 1230200 玖、發明說明 依據本發明所製成之帶材特別適合於做為供Yba2Cu3-〇x —高溫一超導材料所構成之雙軸向結構層的沈積用之承 載帶材。此種超導體可以相當有利地被應用於能源科技中。 【實施方式3 5 較佳實施例之詳細說明 以下將依據實施例更詳細地闡明本發明。 實施例1 利用壓延包覆金屬的方式，製造一由犯和A1等金屬以 Ni / A1 / Ni之疊層順序所形成的由三個層所組成之疊層結 10 構。Ni—層具有1.5 mm的厚度，A1一層則具有〇·5 mm的厚 度。將該疊層結構壓延成厚度8〇μιη的帶材。接著將該帶 材在600°C的溫度下，於減壓環境中放置數小時。該帶材 在該熱加工處理的最初數分鐘内進行再結晶。隨著該熱加 工處理的持績進行’不同化學計量的NiAl —相在邊界層產 15 生並成長。 完成的帶材在表面上具有一高度立方體結構，並因而 適合與一雙軸向結構層一起供做一種雙面的外延被覆層。 該帶材在室溫下之屈服極限為1 〇〇 MPa ,而且一直到 600 C的溫度為止都不會改變。因此，和習知相比，尤其 20是和經過混合晶淬火的帶材相比，此材料具有一大幅增高 的強度。 實施例2 利用壓延包覆金屬的方式，製造一由別和Nb等金屬以 Ni/Nb/Ni之疊層順序所形成的由三個層所組成之疊層結 1230200 玖、發明說明 構。州―層具有h5 mm的厚度，Nb —層貝丨】具有〇.5 _的 厚度。將該疊層結構壓延成厚度40μ_帶材；接著將該 帶材在900。。的溫度下’於減壓環境中放 置1小時。該帶材 在該再加熱處理的最初數分鐘内進行再結晶。隨著該再加 5熱處理的持續進行，不同化學計量的NiNb-相在邊界層蓋 生並成長。 完成的帶材在表面上具有一高度立方體結構，並因而 亦適合與-雙軸向結構層_起供做一種雙面的外延被覆層。 β亥帶材在至/jnL下之屈服極限為85 ，而且一直到 10 600°C的溫度為止都不會改變。因此，和習知相比，尤其 是和經過混合晶淬火的帶材相比，此材料具有一大幅增高 的強度。 實施例3 將利用延魔與再結晶所製成之厚度40μηι，由純Ni 15構成的雙軸向帶材，加熱至800°C的溫度，並於未被覆的 一面覆上厚度1〇μπΐ2Α1—箔。該A1一箔因熱效應而熔融 ，A1擴散進入州中，使得不同化學計量的金屬間⑷八丨—相 經由互相擴散而從該Ni—帶材的表面起開始形成。 該帶材在室溫下之屈服極限為90 MPa，而且一直到 20 6〇(TC的溫度為止都不會改變。因此，和習知相比，尤其 是和經過混合晶淬火的帶材相比，此材料具有一大幅增高 的強度。 實施例4 利用壓延包覆金屬的方式，製造一由(：11和211等金屬以 12 1230200 玖、發明說明

Cu / Zn / Cu之疊層順序所形成的由三個層所組成之疊層 結構。Cu—層具有h5 _的厚度，Zn—層則具有〇 7 _ 的厚度。將该疊層結構壓延成厚度5〇_的帶材。接著將 该帶材以30 K/min加熱至8〇代的溫度並繼續維持於該溫 5度6〇分鐘。在該再加熱期間，該帶材先是形成一線條分明 的立方體結構，接著則從Cu—Zn一界面開始，形成不同化 學計量之黃銅相。 完成的帶材在表面上具有一高度立方體結構，並因而 適合與一雙軸向結構層一起供做一種雙面的外延被覆層。 1〇该帶材在室溫下之屈服極限為80 MPa，並隨著溫度上昇而 下降，至750°C時至30 MPa。因此，和其他具有一可相比 之線條鮮明的雙軸向結構之Cu一合金帶材比起來，此帶材 顯然強度較高。 【圖式簡單說明】 無 【圖式之主要元件代表符號表】 無 13

Claims (1)

1230200 拾、申請專利範圍 第91136296號專利申請案申請專利範圍修正本今11##正 1· 一種供用於外延的被覆層之金屬帶材，U由一曇 構所組成’特徵在於，該疊層結構至少由一 Ni，Cu， Ag等金屬或其等之合金的雙軸向結構底層，及至少一 5 他種金屬層所構成，其中該個別的他種金屬層係由一 或夕個金屬間相’或者由一種金屬組成，於其中則含 有一或多個金屬間相。 2.如申請專利範圍第1項之金屬帶材，其中當雙軸向結 構的底層係由Ni或Ni —合金構成時，該個別的他種金 10 屬層係由該底層金屬的金屬間相與Al、Ta、Nb、Ti等 金屬之至少一種或其等之合金所組成。 3·如申請專利範圍第1項之金屬帶材，其中當雙軸向結 構的底層係由Ni或Ni —合金構成時，該個別的他種金 屬層係由A卜Ta、Nb、Ti等金屬之至少一種或其等之 15 合金與含於其中之Al、Ta、Nb、Ti等金屬的金屬間相 或其等之合金與該底層金屬所組成。 4.如申請專利範圍第2項或第3項之金屬帶材，其中該金 屬間相係由 NiAl、Ni3Al、Al3Ni2、Al3Ni、NiTa、 NiTa2、Ni3Ta、Ni3Nb，及 / 或Ni6Nb7所組成。 20 5·如申請專利範圍第1項之金屬帶材，其中當雙軸向結 構的底層係由Cu或Cu —合金構成時，該個別的他種 金屬層係由Zn的金屬間相及該Cu或該Cu —合金所組 成。 6·如申請專利範圍第1項之金屬帶材，其中當雙軸向結 14 1230200 拾、申請專利範圍 構的底層係由Cu或Cu —合金構成時，該個別的他種 金屬層係由Zn與含於其中之該Cu或該Cu—合金的金 屬間相與該Zn所組成。 如申請專利範圍第5項或第6項之金屬帶材，其中該Cu 或該Cu —合金的金屬間相與該Zn係由β_及/或γ —黃 銅所組成。 8. 如申請專利範圍第1項之金屬帶材，其中當雙軸向結 構的底層係由Ag或Ag —合金構成時，該個別的他種 金屬層係由Nd的金屬間相及該Ag或該Ag —合金所組 10 成。 9·如申請專利範圍第1項之金屬帶材，其中當雙軸向結 構的底層係由Ag或Ag —合金構成時，該個別的他種 金屬層係由Nd與含於其中之該Ag或該Ag一合金的金 屬間相與該Nd所組成。 15 1〇·如申請專利範圍第8項或第9項之金屬帶材，其中該八8 或該Ag —合金的金屬間相與該Nd係由Ag52Nd^、 AgzNd及/或AgNd所組成。 11·如申請專利範圍第丨項之金屬帶材，其中該疊層結構 係由兩個雙軸向結構底層與一個他種金屬層所組成， 2〇 其中該他種金屬層係配置於該等雙軸向結構層之間。 12. —種製造方法，係用以製造如申請專利範圍第1項至 第11項之任一項的金屬帶材，特徵在於先製成一疊層 結構，其至少由一以Ni，Cu，Ag等金屬或其等之合金 所構成的適合做為雙軸向結構之層，及至少一他種金 15 !23〇2〇〇 拾、申請專利範圍 屬層所組成，其中該等個別的他種金屬層至少含有一 _素其可與該等適合做為雙軸向結構之層形成金 屬間相，接著將該疊層結構以至少90%之變形度壓延 成一帶材·’最後將該帶材在300X：及1100°C之間施以 Aj. | . …、σ工处理，藉以於該等適合做為雙軸向結構的層中 形成所而結構，並且在其他各層間利用擴散通過各該 登層間之界面而形成金屬間相。 10 ★申明專利範HI第12項之方法，其中該疊層結構係以 金屬包層的方式製成。 14·如申請專利範圍第12項之方法，其中該疊層結構之壓 延係以至少95%的變形度實施者。 15 20 15. 16. 一種製造方法，係用以製造如申請專利範圍第1項至 第11項之任_項的金屬帶材’特徵在於先以壓延和再 結晶處理製造-由Ni，Cu，Ag或其等之合金所構成之 雙轴向結構帶材；接著將該帶材^少—其他金 屬相’其巾至少包含-種可與該雙轴向結構帶材中的 元素形成金屬間相之金屬；接著在—後續的熱加工處 理期間’從邊界層形成強化的金屬間相。 17. 如申請專利範圍第1 5項之方法装由 免万泰其中被覆操作係應用 電解、化學或者從氣相沈積的方法。 如申請專利範圍第12項或第15項之方法1中該敎加 工處理係於5001到9001之間的溫度進行。 如申請專利範圍第15項之方法，其中 構帶材的熔點顯著高於另一金屬相， 只要該雙轴向結 則以流體形式 之 16 18. 1230200 拾、申請專利範圍 另一種金屬相將該雙軸向結構帶材的一面予加濡濕。 19.如申請專利範圍第1項之金屬帶材，係用於做為由 Yba2Cu3Ox—高溫一超導材料所構成之雙軸向結構^ 的沈積用之承載帶材，藉以製造帶狀的高溫一超導體 17