[发明专利]金属基带上连续生长的多层立方织构隔离层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层，及其一种连续生长多层立方织构氧化物隔离层的制备方法。

背景技术

Y系涂层导体是将YBCO生长在带有立方织构隔离层的柔性金属基带上。这是由于高温超导材料是氧化物陶瓷，韧性差，要制造长的超导线材或带材，必须以柔性金属材料作为衬底，将氧化物超导材料沉积在金属基带上。但高温下许多氧化物超导材料与大多数金属基体之间会互相反应，影响超导性能，所以在金属基底上加一层或多层隔离层，其目的是为了传递衬底织构，阻止金属衬底向超导层扩散，与YBCO在晶格结构和热稳定性等方面很好的匹配，减少YBCO层弱连接对临界电流密度的影响。因此立方织构氧化物隔离层的制备对YBCO涂层导体的生长至关重要。对涂层导体的应用而言，需有一定的长度才更具有实际应用价值，因此本发明提供一种连续生长多层立方织构氧化物隔离层的制备方法。

通过磁控溅射的方法在具有立方织构的金属衬底上生长Y₂O₃/YSZ/CeO₂(氧化钇/钇稳定二氧化锆/氧化铈)结构的多层立方织构氧化物隔离层。常规情况下，用磁控溅射方法镀膜来生长上述各陶瓷氧化物薄膜时，以各自陶瓷氧化物做为靶材。陶瓷氧化物靶材的溅射产额较相应的金属靶材的溅射产额低，因而成膜生长速率慢，且必须使用射频的溅射电源。而金属材料溅射产额高，生长速率快，可用直流溅射电源，成本低。以金属材料为溅射靶材，需进行反应溅射形成相应氧化物。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属基带上连续生长的多层立方织构氧化物隔离层。隔离层中的各层膜既能够很好地传递了衬底的立方织构，且织构取向均匀；又能够有效地阻止金属基底的扩散，抑制了金属基底的氧化。

本发明的另一个目的是提供一种连续生长多层立方织构氧化物隔离层的方法。采用磁控溅射镀膜方法，分别以Y、Zr-Y和Ce金属为靶材，以水气代替氧气作为反应气体，在具有立方织构的金属衬底上连续制备Y₂O₃/YSZ/CeO₂结构的多层立方织构氧化物隔离层。所制得的多层隔离层具有单一立方织构，以满足在其上外延生长YBCO涂层的需要。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：

一种金属基带上连续生长的多层立方织构隔离层，是在具有立方织构的金属基带上生长多层立方织构氧化物隔离层。该隔离层在金属基带上依次由氧化钇膜、钇稳定二氧化锆膜、二氧化铈膜三层膜组成。

所述的金属基带上的隔离层为连续的带材。

在所述的金属基带上连续生长的多层立方织构隔离层中，氧化钇(Y₂O₃)膜的厚度为100-250nm；钇稳定二氧化锆(YSZ)膜的厚度为200-400nm；二氧化铈(CeO₂)膜的厚度为小于100nm，并大于10nm。

一种连续生长多层立方织构氧化物隔离层的制备方法，该方法包括下述步骤：

(1)、采用具有立方织构的金属基带作为衬底，并将该金属基带进行清洁处理；

(2)、真空腔体中，将清洗后的上述金属基带缠绕在放带轮和收带轮上；

(3)、抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10^-4Pa；将金属基带加热至500-800℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10^-1Pa-8×10^-1Pa；以Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射；

(4)、预溅射20分钟后，通入水气，使沉积腔体内的水含量控制在1×10^-3-8×10^-3Pa，并调控制沉积腔体内压力至1Pa-5Pa，通过卷绕盘带动金属基带经过沉积区，进行正式溅射沉积氧化钇，在金属基带上得到氧化钇膜，在生长氧化钇膜结束后，使腔体恢复初始状态；

(5)、再对腔体抽真空，并抽真空至腔体的背底真空小于或等于5×10^-4Pa；将金属基带加热至600-820℃，待达到所需温度30分钟后，再充氩气至腔体气压1×10^-1Pa-8×10^-1Pa；以Zr-Y金属为溅射靶材，采用直流磁控溅射沉积方法，开始预溅射；