[发明专利]一种在金属基带上连续制备YBCO超导层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜的连续制备方法，属于超导材料技术领域，特别涉及YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)涂层导体超导层的制备和脉冲激光沉积(PLD)技术领域。

背景技术

经过30年来的发展，目前高温超导材料正从基础研究阶段向应用研究阶段转变，高温超导材料的研究已在单晶、薄膜、块材、线材、涂层导体等多方面取得了重大突破，并将逐步应用于能源、工业、交通、医疗、航天、国防和科学实验等领域，起到独特和不可取代的作用。

高温超导体在强电方面的应用要求超导材料有高的电性能指标，其中最重要的是要求长尺度超导体在一定的磁场下具有高的电流密度，通常J_c值应大于10⁴A/cm²，最好在10⁵A/cm²量级以上，这就要求必须制备出能够承载大电流的超导带材。

第一代高温超导带材是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀(BSCCO2223)，其工艺已基本成熟，能够大批量生产，但由于热激活磁通运动，Bi系超导材料的不可逆场较低，不可能在高温高场得到较大的临界电流密度(J_c)，而且用Ag做包套材料都限制了其应用。YBCO超导材料具有高的不可逆场，在高温高场下也能保持良好的电性能，而且通过一定的工艺，能大大缩减Y系带材成本。因此，作为第二代高温超导带材的YBCO涂层导体引起了人们的广泛关注。

为克服YBCO超导材料的弱连接效应，达到可供实用化的高临界电流密度，

YBCO涂层导体一般是三部分的层状结构：Ni或Ni合金基底，一层或多层隔离层，YBCO超导层。其中超导层是YBCO涂层导体最重要的部分，因为它的质量和承载电流的大小密切相关，并能以此检验隔离层的质量。所以能快速制备出致密、均匀、能承载大电流的YBCO长带是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续制备YBCO涂层导体的方法，采用本方法，能快速生长具有良好电性能的YBCO超导层。本方法为快速生长能实用化的YBCO涂层导体提供了良好的实现途径。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种在金属基带上连续制备YBCO超导层的方法，该方法包括下述步骤：

(1)、在连续制备YBCO超导层的设备的真空腔体中，将带有隔离层的金属基带固定在不锈钢引带上，再将不锈钢引带固定在走带系统上；

(2)、以YBCO为靶材，靶基距为35～60mm；

(3)、在真空腔体中，采用脉冲激光沉积设备并在抽真空前调整激光光路，使激光聚焦于靶位，并位于金属基带正下方；

(4)、抽真空至真空腔体内的真空度优于3×10^-4Pa，且将金属基带加热至750～820℃并保持；再向真空腔体内通入氧气，并控制纯氧气氛为10～60Pa并保持；

(5)、通过走带系统使金属基带匀速运动，用脉冲激光沉积方法(PLD)在带有隔离层的金属基带上制备YBCO薄膜；

(6)在真空腔体中，将制得有YBCO薄膜的金属基带进行原位退火，即在带有隔离层的金属基带上制成YBCO超导层。

在所述的步骤(5)中，脉冲激光沉积方法中的所用的激光频率为10～80Hz，能量密度为1.7～3J/cm²。

在所述的步骤(5)中，走带速率为0.05～0.5mm/s。

在所述的步骤(6)中，通过氧压，退火温度和退火时间的控制得到所需性能的YBCO超导层。实际上，在本发明的方法中，样品长度在设备承受范围内，可以是任意长度。其中，加热器灯尺寸和样品长度决定了退火方式，一般说来，在连续制备YBCO超导层的设备中，加热器的长度为0.25米，而均温区只有0.2米，因此，当样品长度小于0.2米时，是采用固定退火方式，即将样品静止在设备中，并完全静止在加热灯下方退火；当样品长度大于0.2米时，是采用连续退火方式，对样品长度没有限制，即将样品在设备中匀速走带，使样品匀速通过加热灯下方进行退火。也就是下述两种退火方式。

第一种为固定退火方式：在所述的步骤(6)中，原位退火是在0.09MPa的纯氧气氛中进行，制得有YBCO薄膜的金属基带即样品的长度小于0.2米，退火方式为固定退火，该样品在460～520℃内保持20～60min。