前 言高温超导材料稀土钡铜氧化合物（REBa2Cu3O7-x, 其中RE为Y，Gd，Sm，Eu，Nd等稀土元素, 简称REBCO）由美国科学家朱经武和我国科学家赵忠贤于1987年几乎同时发现。REBCO高温超导材料有着高临界转变温度、高临界电流以及高临界磁场，使其在几乎所有可能的应用领域都有着杰出的表现。在电力领域，REBCO高温超导材料已经被应用于长距离输电和限流器当中，并尝试用于电力系统（如调相机和变压器）等更加广阔的领域。在磁体方面，REBCO高温超导材料更是广泛应用于极高场大科学装置、磁悬浮列车、电动飞机等诸多领域。尤其是2018年之后，由美国引起的新一轮可控核聚变热潮中，以美国Commonwealth Fusion Systems (CFS)公司为首的很多企业和科研院所纷纷选择了以REBCO高温超导材料来制备工作在20K下、最大磁场在20T左右的紧凑型托卡马克（Tokamak）装置。截至2023年底，世界范围内以REBCO高温超导磁体为主要部件的可控核聚变公司已经超过了20家，总融资额超过了30亿美元。以上这些应用场景大大推动了REBCO高温超导材料的研发和产业化进程。总之，REBCO高温超导材料在电力能源、交通运输、医疗卫生、电子通讯和国防事业等领域有广泛应用和巨大的经济市场。虽然REBCO高温超导材料有着诸多优点和应用前景，但是实际上在2005年之前几乎没有可以使用的REBCO商业线材、带材产品。这主要是因为REBCO高温超导材料具有很大的晶格各向异性和较低的相干长度，故REBCO材料必须制备成具有织构取向的薄膜才可以承载大电流从而充分发挥其高临界电流的优点，而无法像之前的超导材料一样使用粉末套管法等工艺路线制备商业线材、带材。而由于REBCO材料是陶瓷材料，必须从有韧性的金属基带上开始外延生长才可以保证良好的机械性能和超导材料的取向。因此，REBCO最终的商业产品是以涂层导体的形式呈现的，而其中金属基带则是最关键的基础环节之一，即具有高强度和纳米级平整表面的精密合金基带是第二代REBCO高温超导带材的关键基础原材料。根据制备工艺路线的不同，目前REBCO高温超导带材所使用的金属合金基带可分为有织构和无织构两大类，本书侧重于介绍有织构的合金基带的研究进展，同时也简单介绍了无织构哈氏合金基带和其它类型基带的研究成果。以下是对每一章节内容的大概介绍。第一章是绪论，主要介绍织构合金基带的相关基础知识。首先介绍REBCO高温超导材料的基础研究现状和相应的制备路线。由于主流的用于REBCO涂层导体织构基带的内容都是面心立方（Face Center Cubic，简称FCC）金属，因此第一章对FCC金属的轧制织构与再结晶立方织构的相关基础知识进行了介绍。最后，对本书以后各章节中所用到的所有相关检测方法也进行了介绍，以帮助读者更好的理解书中提到的数据是如何测试得到的。第二章主要介绍已经被商业化使用了的Ni-5at.% （Ni5W）合金基带的研究进展。首先系统地介绍了冷轧工艺、热轧坯锭、总形变量、综合应力等重要的制备参数对形变织构和再结晶立方织构的影响规律。从多个方面系统地阐释了可能影响再结晶立方织构形成的因素和其金属学织构的演变机制，并以此为基础总结了Ni5W合金中再结晶立方织构的演变规律，尤其是再结晶晶核特征及分布。随后对具有最佳性能Ni5W基带的织构、表面质量以及过渡层沉积结果进行了系统分析。最后以短样为借鉴，展示了百米级Ni5W长带的研究进展。第三章主要介绍高钨含量Ni-W合金基带的研究进展。由于Ni5W机械性能相对偏低，磁性偏高，开发高钨含量的Ni-W合金基带就成了研究重点。在前三个小节中，分别介绍了Ni-7at.% （Ni7W）、Ni-8at.% （Ni8W）和Ni-9at.% （Ni9W）的研究进展。对每种合金基带都研究了轧制和热处理对再结晶立方织构的影响规律，尤其是对Ni9W这一液氮下无磁性的样品进行了系统的探索，深入阐释了温轧和轧制间热处理对其织构演变的影响机制。最后，以层错能这一不同钨含量合金基带内禀性能为切入点，深入研究了层错能在Ni-W合金基带中形变织构和再结晶立方织构形成过程中的作用机制。由于高钨含量Ni-W合金基带非常难以形成高立方织构，立方织构的形成又仅仅与表层合金有关，因此外层采用容易形成立方织构的低钨合金，芯层采用机械性能更好、磁性更低的高钨合金的三明治复合基带结构就应运而生了。我们提出了“复合坯锭法”制备复合基带的全新思路，指出“多层材料之间的成份梯度扩散”是复合坯锭制备的关键，成功制备了“织构”和“机械强度与磁性能”协调统一的复合长基带。本书的第四章和第五章主要介绍了两种复合型合金基带的研究进展。复合基带的基础知识在第四章的开始也进行了简要介绍。第四章主要介绍Ni-5at.%/ Ni-12at.% /Ni-5at.% （Ni5W/Ni12W/Ni5W）合金基带的研究进展。首先研究了冷等静压、放电等离子烧结和熔炼等多种不同方法制备的复合坯锭在轧制和退火过程中表面Ni5W层轧制织构、再结晶立方织构以及微观结构的变化规律。随后对坯锭在退火过程中Ni5W层和Ni12W层的织构变化规律进行了深入研究，发现了双金属合金复合材料中内外层合金形变和再结晶织构梯度分布的新行为，揭示了“梯度分布的形变组织”和“多层材料之间的元素扩散”是决定复合基带外层织构演变的主要因素。同时也发现了双金属合金复合基带结构在外层合金立方织构形成过程中具有“界面效应”，即在复合基带内外层界面处存在着立方晶粒优先形核并长大的区域；阐明了复合基带内外层织构之间的关联性，内层合金立方织构的形成是由外层立方晶粒的“吞并”所致；这丰富了层状双金属合金中内外层织构发展的理论；最后在获得高立方织构的基础上，采用准原位拉伸结合电子背散射衍射（Electron Backscatter Diffraction, EBSD）技术表征了复合基带表层立方织构在应变条件下的稳定性，表明“复合坯锭法”制备长复合基带的可行性，为复合基带的实用化打下了坚实的基础。最后，第四章还简单地介绍了复合基带的长线制备研究成果。第五章主要介绍Ni-8at.%/ Ni-12at.% /Ni-8at.% （Ni8W/Ni12W/Ni8W）合金基带的研究进展，着重研究这种超高钨复合基带的强立方织构的形成和机制研究。首先介绍了层间比和热轧坯锭对Ni8W/Ni12W/Ni8W合金基带织构、微观结构、机械性能以及磁性能的影响规律。随后，针对轧制间回复热处理这一对Ni8W/Ni12W/Ni8W合金基带织构影响最大的因素进行系统深入的研究，深度分析了轧制间回复热处理对形变织构和再结晶立方织构的影响机制，即通过准原位EBSD技术实时动态地研究了这类冷轧的镍基复合基带中轧制组织向再结晶组织的演变过程，通过分析低层错能镍基合金复合基带轧制态微观组织的演变，发现当加入轧制间回复热处理时可以有效消除晶界间应力，促进铜取向晶粒均匀形变，提高冷轧带中S织构含量，从而有利于带材在退火后形成稳定的强立方织构。通过构建大应变量Ni8W/Ni12W/Ni8W复合薄基带回复与再结晶机理模型，发现其具有应变诱导晶界迁移与尺寸效应两种再结晶机制。最终，提出了在高形变量合金中通过孪生产生立方织构再结晶形核和界面元素扩散促进立方晶粒吞并其它取向晶粒的两个新机理。第六章主要介绍了一些其它的非主流织构合金基带的研究进展。首先介绍的是纯银基带的研究。纯银（Ag）基带是第一批被用于REBCO涂层超导体制备的金属基带。虽然由于成本较高且机械强度较低并没有被广泛地商业化使用，但是其立方织构形成机制始终是值得学习和借鉴的最好的范例。我们对Ag的形变及再结晶织构的形成规律进行了全面、深入和系统的研究，丰富了金属Ag的织构形成与再结晶理论。随后简要地介绍了Cu-Ni和Ni-V合金基带的研究进展，旨在向读者介绍更全面的织构合金基带的研究进展。采用轧制辅助双轴织构基带（Rolling-assisted Biaxially Textured Substrates, RABiTS）技术制备了低成本、无铁磁性、立方织构含量高于99.8%的CuNi（Cu-45at.%Ni）合金基带，采用准原位EBSD技术明确了纳米结构CuNi合金（不同应变量εvM = 3.5， 4.8 ，5.7）回复、再结晶和晶粒长大的机理。设计了一种溶质原子扩散思路并制备了溶质原子钒（V）具有“条带状”分布的无磁性Ni-12at.%V（Ni12V）合金基带，结合该思路，通过对最初坯锭的冷挤压处理和优化的热处理工艺显著提高了Ni12V基带中再结晶立方取向的百分比（其含量高达99.5%（<10°）），可见采用提出的溶质原子扩散模型是制备无磁性高立方织构含量合金基带的一条行之有效地思路。第七章简要介绍主流的无织构哈氏合金基带的最新进展。由于哈氏合金基带不需要织构，相关的研究内容也非常少，大部分都是产业化公司的商业机密。首先以市面上已经产业化的不同公司的REBCO涂层超导商业带材的哈氏合金基带为切入点，系统地研究了不同公司所使用的哈氏合金基带的机械性能差异。随后通过系统地研究表面和截面的微观形貌，分析不同商业公司所使用的哈氏合金基带性能差异的来源和其决定性因素。每一章末尾的参考文献有助于读者理解书中的研究成果和研究进展，也可供读者进行延伸性阅读。最后，我们特别感谢北京工业大学材料科学与工程学院超导研究组历届毕业的研究生对本书的巨大贡献。这里我们要衷心感谢赵跃博士（参与编写本书的一、二章）；马麟博士（参与编写本书的二、三章）；高忙忙博士（参与编写本书的三、四章）；纪耀堂博士和孟易辰博士（参与编写本书的第五章）；；王旭峰博士和田辉博士（参与编写本书的第六章）；刘岩硕士（参与编写本书的第七章）；也特别感谢北京工业大学超导课题组的刘敏副教授以及所有参与基带研究的研究生们对基带研究工作的大力支持。最后特别感谢超导课题组的刘慧硕士、刘岩硕士、王澜锦硕士和王旭峰博士，他们花费了大量的时间与精力对全文进行校稿工作。没有上述老师和同学们的辛勤付出，本书是不可能完成的。本书的成稿是集体智慧的结晶，在此对所有参与的老师和同学再一次表示真挚的感谢。我们真诚地感谢国家出版基金的资助，感谢“中外物理学精品书系”编委会的支持，最后特别诚挚地感谢北京大学出版社的王剑飞编辑为本书的出版所做出的努力。由于作者的时间和水平有限，书中的错误和不当之处在所难免，敬请读者和同行不吝指正。 索红莉2024年3月于北京