ES2265065T3 - Fleje metalico para revestimientos epitaxiales y procedimiento de produccion del mismo. - Google Patents
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Abstract
Fleje metálico para recubrimientos epitaxiales compuesto por un material compuesto laminado que está compuesto por al menos una capa base biaxialmente texturizada de los metales Ni, Cu, Ag o sus aleaciones y al menos otra capa metálica, caracterizado porque las otras capas metálicas individuales están compuestas por una o varias fases intermetálicas o por un metal en el que están contenidas una o varias fases intermetálicas.
Description
Fleje metálico para revestimientos epitaxiales y
procedimiento de producción del mismo.
La invención se refiere a un fleje metálico
compuesto por un material compuesto laminado para recubrimientos
epitaxiales y a un procedimiento para su fabricación. Los flejes de
este tipo pueden usarse de manera ventajosa, por ejemplo como fleje
de soporte para la deposición de capas biaxialmente texturizadas de
material superconductor a alta temperatura de
YBa_{2}Cu_{3}O_{x}. Los superconductores de este tipo son
especialmente adecuados para aplicaciones en la técnica
energética.
Ya se conocen flejes metálicos basados en Ni, Cu
y Ag que son adecuados para el recubrimiento epitaxial con una capa
biaxialmente texturizada (documentos US5739086; US5741377;
US5964966; US5968877). Se fabrican mediante laminado en frío con un
grado de conformación superior al 95% y un recocido de
recristalización posterior en el que se forma una textura (textura
cúbica){001}<100> pronunciada.
En todo el mundo, se trabaja intensamente en
especial en el desarrollo de materiales de sustrato basados en Ni y
Ag (J. E. Mathis y col., Jap. J. Appl. Phys. 37, 1998; T. A.
Gladstone y col., Inst. Phys. Conf. Ser., número 167, 1999).
Tendencias conocidas para aumentar la resistencia del material son
el endurecimiento de la solución sólida, laminándose y
recristalizándose una aleación de Ni con normalmente más del 5% de
uno o varios elementos de aleación (documento US5964966; G.
Celentano y col., Int. Journal of Modern Physics B, 13, 1999, página
1029; R. Nekkanti y col., Presentation at the Applied Supercond.
Conf., Virginia Beach, Virginia, Sept. 17-22, 2000)
o el laminado y recristalización de un material compuesto de Ni con
un material de mayor resistencia a la tracción (T. Watanabe y col.,
Presentation at the Applied Supercond. Conf., Virginia Beach,
Virginia, septiembre 17-22, 2000).
En el endurecimiento de la solución sólida hay
un grado de aleación crítico por encima del cual ya no puede volver
a formarse la textura cúbica. Este fenómeno se ha investigado
intensamente para aleaciones de latón (aleaciones de
Cu-Zn con contenido creciente de Zn) y parece tener
validez general (H. Hu y col., Trans. AIME, 227, 1963, página 627;
G. Wassermann, J. Grewen: Texturen metallischer Werkstoffe,
editorial Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg). Debido a que la
resistencia aumenta continuamente con la concentración de aleación,
a esto también está unida una máxima resistencia. La segunda
limitación es la ya alta resistencia del material en la deformación
por laminado. Por esto aparecen en el grado de deformación
necesariamente alto fuerzas de laminación muy grandes, por lo que,
por un lado, se debe ser muy exigente con la herramienta y, por otro
lado, es técnicamente más difícil realizar la conformación por
laminado extraordinariamente homogénea, que es necesaria para la
formación de la textura cúbica de alta calidad necesaria.
En el caso del aumento de resistencia mediante
laminado de un material compuesto también existe el problema de las
altas fuerzas de laminación por la fuerte deformación de una materia
prima muy resistente. Debido a las diferencias en las propiedades
mecánicas de ambos materiales que forman el material compuesto, en
el laminado aparecen faltas de homogeneidad en la microestructura de
conformación que disminuyen la calidad de la textura cúbica
alcanzable en el proceso de recristalización.
Las fases intermetálicas tienen una resistencia
claramente más alta que las aleaciones de la solución sólida. Sin
embargo, éstas son, entre otros aspectos, frágiles, por lo que no
pueden procesarse para dar un fleje delgado con textura cúbica
marcada.
Especialmente de las fases intermetálicas
denominadas y' e y'' (Ni_{3}Al, Ni_{3}Ti, Ni_{3}Nb) se conoce
que la resistencia no disminuye como en las soluciones sólidas con
temperatura creciente, sino que incluso sigue aumentando. De este
modo, un fleje que se refuerza mediante tales fases tiene,
precisamente a las altas temperaturas críticas (> 600ºC) que
aparecen durante un recubrimiento, una resistencia considerablemente
alta en comparación con flejes habituales.
La invención se basa en el objetivo de lograr un
fleje metálico para recubrimientos epitaxiales que presente una
resistencia especialmente alta. En el objetivo está incluido el
desarrollo de un procedimiento que hace posible una fabricación
tecnológicamente sin problemas de tales flejes metálicos altamente
resistentes.
El objetivo se alcanza con un fleje metálico
compuesto por un material compuesto laminado, de manera que el
material compuesto laminado está compuesto por al menos una capa
base biaxialmente texturizada de los metales Ni, Cu, Ag o sus
aleaciones y al menos otra capa metálica, en el que las otras capas
metálicas individuales están compuestas por una o varias fases
intermetálicas o por un metal en el que están contenidas una o
varias fases intermetálicas.
Según una primera configuración apropiada de la
invención, en el caso de capas base biaxialmente texturizadas de Ni
o aleaciones de Ni, las otras capas metálicas individuales están
compuestas por fases intermetálicas del metal de capa base con al
menos uno de los metales Al, Ta, Nb, Ti o sus aleaciones.
Según una segunda configuración apropiada de la
invención, en el caso de capas base biaxialmente texturizadas de Ni
o aleaciones de Ni, las otras capas metálicas individuales están
compuestas al menos por uno de los metales Al, Ta, Nb, Ti o sus
aleaciones con fases intermetálicas de los metales Al, Ta, Nb, Ti o
sus aleaciones con el metal de capa base contenidas en ellos.
Las fases intermetálicas pueden estar compuestas
de manera apropiada por NiAl, Ni_{3}Al, Al_{3}Ni_{2},
Al_{3}Ni, NiTa, NiTa_{2}, Ni_{3}Ta, Ni_{3}Nb, y/o
Ni_{6}Nb_{7}.
Según otra configuración apropiada de la
invención, en el caso de capas base biaxialmente texturizadas de Cu
o aleaciones de Cu, las otras capas metálicas individuales están
compuestas por fases intermetálicas de Zn y de Cu o de aleación de
Cu.
En el caso de capas base biaxialmente
texturizadas de Cu o aleaciones de Cu, las otras capas metálicas
individuales también pueden estar compuestas por Zn con fases
intermetálicas de Cu o de aleación de Cu con el Zn contenidas en
él.
En este sentido, las fases intermetálicas de Cu
o de aleación de Cu con el Zn son \beta y/o
\gamma-latón.
Según otra configuración apropiada de la
invención, en el caso de capas base biaxialmente texturizadas de Ag
o aleaciones de Ag, las otras capas metálicas individuales están
compuestas por fases intermetálicas de Nd y de Ag o de aleación de
Ag.
En el caso de capas base biaxialmente
texturizadas de Ag o aleaciones de Ag, las otras capas metálicas
individuales también pueden estar compuestas por Nd con fases
intermetálicas de Ag o de aleación de Ag con el Nd contenidas en
él.
En este sentido, las fases intermetálicas de Ag
o de aleación de Ag con el Nd están compuestas por
Ag_{52}Nd_{14}, Ag_{2}Nd y/o AgNd.
Según una configuración ventajosa de la
invención, el material compuesto laminado está compuesto por dos de
las capas base biaxialmente texturizadas y una de las otras capas
metálicas, en el que la otra capa metálica está dispuesta entre las
capas biaxialmente texturizadas.
Para fabricar tales flejes metálicos, la
invención incluye un procedimiento en el que en primer lugar se
produce un material compuesto laminado que está compuesto por al
menos una capa adecuada de los metales Ni, Cu, Ag o su aleación
para una texturización biaxial y al menos otra capa metálica. En
este sentido, en las otras capas metálicas debe estar contenido al
menos un elemento que pueda formar fases intermetálicas con los
elementos de las capas adecuadas para la texturización biaxial.
Después, este material compuesto laminado se
lamina con un grado de deformación de al menos 90% para dar un
fleje. Finalmente se forman la textura deseada en las capas
adecuadas para una texturización biaxial mediante tratamiento
térmico del fleje entre 300ºC y 1100ºC y fases intermetálicas en las
otras capas mediante interdifusión por las superficies límite de
las capas unidas.
El material compuesto laminado se produce de
manera apropiada mediante chapado y el laminado del material
compuesto laminado para dar un fleje se realiza con un grado de
deformación de al menos el 95%. Para el tratamiento térmico del
fleje son especialmente adecuadas temperaturas entre 500ºC y
900ºC.
Una modificación del procedimiento según la
invención consiste en fabricar en primer lugar mediante laminado y
recristalización un fleje biaxialmente texturizado de Ni, Cu, Ag o
sus aleaciones. Este fleje se recubre a continuación con al menos
otra fase metálica que contiene al menos un metal que puede formar
fases intermetálicas con los elementos en el fleje biaxialmente
texturizado. Como procedimientos de recubrimiento son posibles, por
ejemplo deposiciones electrolíticas, químicas o también de la fase
vapor. Durante un tratamiento térmico posterior se forma, a partir
de la capa límite, la fase intermetálica resistente.
Como alternativa al recubrimiento también es
posible, siempre y cuando el punto de fusión del fleje biaxialmente
texturizado esté claramente por encima del de la otra fase metálica,
humedecer el fleje biaxialmente texturizado por una cara con la
otra fase metálica en forma líquida, de la que entonces tiene lugar
la difusión en el fleje biaxialmente texturizado de manera que se
forman las fases intermetálicas a partir de la superficie del fleje
biaxialmente texturizado.
Con el procedimiento según la invención pueden
fabricarse de manera relativamente sencilla flejes metálicos
altamente resistentes, biaxialmente texturizados. En este sentido es
especialmente ventajoso que los flejes todavía presenten para las
etapas de proceso de deformación una resistencia baja favorable y
ductilidad alta, ya que las fases intermetálicas altamente
resistentes sólo se forman en el fleje en el tratamiento de recocido
definitivo. La formación de la textura cúbica no está perjudicada
por la cinética diferente de los procesos de recristalización y
difusión.
Los flejes según la invención son especialmente
adecuados como fleje de soporte para la deposición de capas
biaxialmente texturizadas de material superconductor a alta
temperatura de YBa_{2}Cu_{3}O_{x}. Los superconductores de
este tipo pueden utilizarse ventajosamente en la técnica
energética.
A continuación se explica más detalladamente la
invención mediante ejemplos de realización.
Ejemplo
1
Mediante chapado por laminación se fabrica un
material compuesto laminado compuesto por tres capas de los metales
Ni y Al en la sucesión de capas Ni/Al/Ni. Las capas de Ni tienen un
espesor de 1,5 mm, la capa de Al de 0,5 mm. Este material compuesto
laminado se lamina hasta dar un fleje de 80 \mum de espesor. A
continuación, el fleje se templa varias horas a una temperatura de
600ºC en atmósfera reductora. En el plazo de los primeros minutos
de este tratamiento térmico recristaliza el fleje. A continuación de
este tratamiento térmico se originan y crecen en las capas límite
fases de NiAl de diferente estequiometría.
El fleje acabado presenta en la superficie una
textura cúbica de alta calidad y así es adecuado para un
recubrimiento epitaxial por ambas caras con una capa biaxialmente
texturizada.
El límite elástico del fleje a temperatura
ambiente asciende a 100 MPa y no cambia hasta una temperatura de
600ºC. Por esto, a la temperatura de recubrimiento, este material
presenta una resistencia considerablemente alta en comparación con
flejes habituales, especialmente en comparación con flejes
endurecidos en la solución sólida.
Ejemplo
2
Mediante chapado por laminación se fabrica un
material compuesto laminado compuesto por tres capas de los metales
Ni y Nb en la sucesión de capas Ni/Nb/Ni. Las capas de Ni tienen un
espesor de 1,5 mm, la capa de Nb de 0,5 mm. Este material compuesto
laminado se lamina hasta dar un fleje de 40 \mum de espesor que a
continuación se templa 1 hora a una temperatura de 900ºC en
atmósfera reductora. En el plazo de los primeros segundos de este
recocido recristaliza el fleje. A continuación del recocido se
originan y crecen en las capas límite fases de NiNb de diferente
estequiometría.
El fleje acabado presenta en la superficie una
textura cúbica de alta calidad y también es adecuado para un
recubrimiento epitaxial por ambas caras con una capa biaxialmente
texturizada.
El límite elástico del fleje a temperatura
ambiente asciende a 85 MPa y no cambia hasta una temperatura de
600ºC. Por esto, a la temperatura de recubrimiento, este material
presenta una resistencia considerablemente alta en comparación con
flejes habituales, especialmente en comparación con flejes
endurecidos en la solución sólida.
Un fleje de Ni puro biaxialmente texturizado, de
40 \mum de espesor, fabricado mediante laminado y
recristalización, se calienta hasta una temperatura de 800ºC y se
cubre con una lámina de Al de 10 \mum de espesor sobre la cara
que no va a recubrirse. Debido a la acción térmica se funde la
lámina de Al y el Al difunde en el Ni de manera que, mediante
interdifusión a partir de la superficie del fleje de Ni, se forman
fases de NiAl intermetálico de diferente estequiometría.
El límite elástico del fleje a temperatura
ambiente asciende a 90 MPa y no cambia hasta una temperatura de
600ºC. Por esto, a la temperatura de recubrimiento, este material
presenta una resistencia considerablemente alta en comparación con
flejes habituales, especialmente en comparación con flejes
endurecidos en la solución sólida.
Ejemplo
4
Mediante chapado por laminación se fabrica un
material compuesto laminado compuesto por tres capas de los metales
Cu y Zn en la sucesión de capas Cu/Zn/Cu. Las capas de Cu tienen un
espesor de 1,5 mm, la capa Zn un espesor de 0,7 mm. Este material
compuesto laminado se lamina hasta dar un fleje de 50 \mum de
finura. A continuación, el fleje se calienta con 30 K/min hasta
800ºC y allí se mantiene otros 60 min. Durante este recocido se
forma en primer lugar una textura cúbica pronunciada y a
continuación, a partir de las superficies límite
Cu-Zn, fases de latón de distintas
estequiometrías.
El fleje acabado presenta en las superficies una
textura cúbica de alta calidad y así es adecuado para un
recubrimiento epitaxial por ambas caras con una capa biaxialmente
texturizada. El límite elástico del fleje a temperatura ambiente
asciende a 80 MPa y desciende con temperatura creciente hasta 30 MPa
a 750ºC. Por esto, el fleje es claramente más resistente que otros
flejes de aleaciones de Cu con acentuación comparativamente más
considerable de una textura biaxial.
Claims (20)
1. Fleje metálico para recubrimientos
epitaxiales compuesto por un material compuesto laminado que está
compuesto por al menos una capa base biaxialmente texturizada de los
metales Ni, Cu, Ag o sus aleaciones y al menos otra capa metálica,
caracterizado porque las otras capas metálicas individuales
están compuestas por una o varias fases intermetálicas o por un
metal en el que están contenidas una o varias fases
intermetálicas.
2. Fleje metálico según la
reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de capas
base biaxialmente texturizadas de Ni o aleaciones de Ni, las otras
capas metálicas individuales están compuestas por fases
intermetálicas del metal de capa base con al menos uno de los
metales Al, Ta, Nb, Ti o sus aleaciones.
3. Fleje metálico según la
reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de capas
base biaxialmente texturizadas de Ni o aleaciones de Ni, las otras
capas metálicas individuales están compuestas al menos por uno de
los metales Al, Ta, Nb, Ti o sus aleaciones con fases intermetálicas
contenidas en ellos de los metales Al, Ta, Nb, Ti o sus aleaciones
con el metal de capa base.
4. Fleje metálico según la
reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque las fases
intermetálicas están compuestas por NiAl, Ni_{3}Al,
Al_{3}Ni_{2}, Al_{3}Ni, NiTa, NiTa_{2}, Ni_{3}Ta,
Ni_{3}Nb y/o Ni_{6}Nb_{7}.
5. Fleje metálico según la
reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de capas
base biaxialmente texturizadas de Cu o aleaciones de Cu, las otras
capas metálicas individuales están compuestas por fases
intermetálicas de Zn y de Cu o de aleación de Cu.
6. Fleje metálico según la
reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de capas
base biaxialmente texturizadas de Cu o aleaciones de Cu, las otras
capas metálicas individuales están compuestas por Zn con fases
intermetálicas contenidas en él de Cu o de aleación de Cu con el
Zn.
7. Fleje metálico según la
reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque las fases
intermetálicas de Cu o de aleación de Cu con el Zn están compuestas
por \beta y/o \gamma-latón.
8. Fleje metálico según la
reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de capas
base biaxialmente texturizadas de Ag o aleaciones de Ag, las otras
capas metálicas individuales están compuestas por fases
intermetálicas de Nd y Ag o de aleación de Ag.
9. Fleje metálico según la
reivindicación 1 caracterizado porque, en el caso de capas
base biaxialmente texturizadas de Ag o aleaciones de Ag, las otras
capas metálicas individuales están compuestas por Nd con fases
intermetálicas contenidas en él de Ag o de aleación de Ag con el
Nd.
10. Fleje metálico según la reivindicación
8 ó 9, caracterizado porque las fases intermetálicas de Ag o
de aleación de Ag con el Nd están compuestas por Ag_{52}Nd_{14},
Ag_{2}Nd y/o AgNd.
11. Fleje metálico según la reivindicación
1, caracterizado porque el material compuesto laminado está
compuesto por dos de las capas base biaxialmente texturizadas y una
de las otras capas metálicas, en el que la otra capa metálica está
dispuesta entre las capas biaxialmente texturizadas.
12. Procedimiento para la fabricación de
un fleje metálico según una de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque en primer lugar se produce un material
compuesto laminado que está compuesto por al menos una capa
adecuada de los metales Ni, Cu, Ag o su aleación para una
texturización biaxial y al menos otra capa metálica, en el que en
las otras capas metálicas está contenido al menos un elemento que
puede formar fases intermetálicas con los elementos de las capas
adecuadas para la texturización biaxial, porque después se lamina
este material compuesto laminado con un grado de deformación de al
menos el 90% para dar un fleje y porque finalmente se forman la
textura deseada en las capas adecuadas para una texturización
biaxial mediante tratamiento térmico del fleje entre 300ºC y 1100ºC
y fases intermetálicas en las otras capas mediante interdifusión por
las superficies límite de las capas unidas.
13. Procedimiento según la reivindicación
12, caracterizado porque el material compuesto laminado se
fabrica mediante chapado.
14. Procedimiento según la reivindicación
12, caracterizado porque el laminado del material compuesto
laminado se fabrica con un grado de deformación de al menos el
95%.
15. Procedimiento para la fabricación de
un fleje metálico según una de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizado porque en primer lugar se fabrica mediante
laminado y recristalización un fleje biaxialmente texturizado de
Ni, Cu, Ag o sus aleaciones, porque este fleje se recubre a
continuación con al menos otra fase metálica que contiene al menos
un metal que puede formar fases intermetálicas con los elementos en
el fleje biaxialmente texturizado y porque durante un tratamiento
térmico posterior se forma, a partir de la capa límite, la fase
intermetálica resistente.
16. Procedimiento para la fabricación de
un fleje metálico según la reivindicación 15, caracterizado
porque para el recubrimiento se aplican deposiciones electrolíticas,
químicas o también de la fase vapor.
17. Procedimiento según la reivindicación
12 ó 15, caracterizado porque el tratamiento térmico se
realiza a temperaturas entre 500ºC y 900ºC.
18. Procedimiento para la fabricación de
un fleje metálico según la reivindicación 15, caracterizado
porque, siempre y cuando el punto de fusión del fleje biaxialmente
texturizado esté claramente por encima del de la otra fase
metálica, el fleje biaxialmente texturizado se humedece por una cara
con la otra fase metálica en forma líquida.
19. Uso del fleje metálico según una de
las reivindicaciones 1 a 11 como fleje de soporte para la deposición
de capas biaxialmente texturizadas de material superconductor a
alta temperatura de YBa_{2}Cu_{3}O_{x} para la fabricación de
superconductor a alta temperatura con forma de fleje.
20. Uso del superconductor a alta
temperatura fabricado según la reivindicación 19 en la técnica
energética.
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