[发明专利]一种连续制备双面织构高温超导二代带材过渡层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导二代带材制备技术领域，尤其是高温超导二代带材过渡层的制备技术。

背景技术

超导技术作为节能的终极技术和高度的环保特性将成为本世纪的核心技术。而高性能的超导带材将是超导技术实现大规模应用的关键所在。1986年Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀(Bi2223)体系第一代高温超导带材的发现引起了世界范围内研究的热潮，并实现了商业化生产，推动了超导强电应用技术的发展。但Bi系超导材料物理上的本征特性大大限制其应用范围，其次由于需要大量的银作为包套材料，成本受限。因此，近年来发展缓慢，在研究、生产方面国外已基本放弃。REBa₂Cu₃O_x(简称REBCO，RE为钇或镧系元素)体系的第二代高温超导带材，由于自身的优点，高的不可逆场(7T)，高的载流能力(10⁵～10⁷A·cm^-2)，低的交流损耗等，引起了人们的极大兴趣。

高温超导二代带材的超导层成分为REBa₂Cu₃O_x(简称REBCO)。该高温超导层材料由于本身的层状结构，导致极强的各向异性，晶格的ab面上的负载电流能力远远高于c轴方向。REBCO高温超导材料的载流性能对a、b方向上的晶格失配也极为敏感，大的晶格失配角将会形成弱连接，严重影响其载流能力。研究表明，REBCO的载流能力随a、b方向上晶格失配角的增大而指数衰减。要减小a、b方向上晶格失配角，降低弱连接效应，保证REBCO的载流能力，外延织构成了其制备技术中不可或缺的工艺过程。对于超导带材、超导磁体等实际应用领域，脆性的REBCO高温氧化物超导材料必须涂覆在机械性能(强度、韧性)优良的金属衬底上才能减少或避免加工或使用过程中的机械损伤。另外，这种衬底材料还需具有良好的导电性和导热性，以避免使用过程中由于局部失超引发的系统失效和崩溃。迄今为止，国内外公认的最佳衬底材料为Ni基合金材料。由于Ni基合金和REBCO高温超导材料的ab面存在一定的晶格失配，直接在Ni基合金基带上外延生长REBCO高温超导材料几乎是不可能的。再者，在REBCO的成相热处理过程中Ni基合金与REBCO之间会有较强的相互扩散和化学反应，这就严重影响了REBCO的超导性能。因此，在Ni基合金衬底和REBCO之间必须增加一层过渡层材料，既要充当从Ni基合金到REBCO外延生长的中间模板，又要阻挡两种材料的相互扩散，主要是Ni和REBCO中的Cu的相互扩散，这样才能保证制备出性能优良的REBCO高温超导涂层导体。因此，高温超导带材都具有衬底、过渡层(至少一层)和REBCO超导涂层三层结构。

当前，在二代超导带材的研究开发中，缺乏可靠、性价比高、易于推广的带材制备技术是制约大规模应用的瓶颈。一方面要求制备的第二代超导带材越长越好，同时，为了承载更大的电流强度，就需要制备两面一致性好的双面超导带材，而对于工业化的需求，如何在长基带上快速连续制备双面氧化物过渡层成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续制备双面织构高温超导二代带材过渡层的方法。该方法可以实现高温超导过渡层的连续制备、制备效率高，适用于大规模工业化生产；同时制备出的双面带材的过渡层薄膜一致性、均匀性好、取向度高、表面平整度高；过渡层的临界厚度厚。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种化学溶液沉积制备高温超导涂层导体的过渡层的方法，依次由以下步骤构成：

a、前驱溶液制备：将稀土硝酸盐和硝酸亚铈按阳离子比M:Ce＝x:1-x，0≤x≤0.5的比例，溶解在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成前驱溶液，其中M为Y(钇)、La(镧)、Pr(镨)、Nd(钕)、Sm(钐)、Eu(铕)、Gd(钆)、Tb(铽)、Dy(镝)、Ho(钬)、Er(铒)、Tm(铥)、Yb(镱)、Lu(镥)、Zr(锆)中的一种；

b、胶体制备：在a步的前驱溶液中加入聚丙烯酸(PAA)或聚甲基丙烯酸(PMAA)，形成成膜性好的胶体；

c、薄膜制备与干燥：将Ni合金基带卷绕通过b步制得的胶体中，在出带端以5mm～100mm/min的提拉速度垂直出带，并使Ni合金基带通过胶体的时间为10秒～1分钟，出带后使胶体均匀浸涂在基带表面，再进行干燥；