[发明专利]一种制备高温超导涂层导体SrZrO3缓冲层薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导材料制备技术领域，尤其涉及高温超导缓冲层薄膜的制备技术。

背景技术

第二代高温超导带材即稀土钡铜氧ReBCO涂层导体，由于其优良的本征电磁特性，尤其是其在高磁场下优良的载流能力，在电力系统中拥有广阔的应用前景。

涂层导体的高温超导层的成分为ReBa₂Cu₃O_x(简称ReBCO，Re为钇或镧系元素)。对于超导线材、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。

ReBCO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。迄今为止，国内外公认的最佳衬底材料为Ni基合金材料。而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之间必须增加一层缓冲层材料，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，高温超导涂层导体都具有衬底、缓冲层(至少一层)和ReBCO超导涂层三层结构。

而近些年研究报道证明在Ni基合金上自氧化外延NiO，再在NiO上外延生长缓冲层和ReBCO超导涂层的这一架构将是一种施之可行的架构，而SrZrO₃缓冲层是迄今发现除BaZrO₃外与NiO晶格最为匹配的缓冲层材料之一，NiO立方晶体结构的晶格常数为SrZrO₃立方晶体结构的晶格常数为并且SrZrO₃和ReBCO有极好的化学兼容性，所以研究SrZrO₃缓冲层的制备工艺将有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高温超导涂层导体SrZrO₃缓冲层薄膜的方法，该方法制备的薄膜与稀土钡铜氧有极好的化学兼容性，而且能有效地阻挡Ni和ReBCO中的Cu的相互扩散。

本发明的目的由以下技术方案实现，一种制备高温超导涂层导体SrZrO₃缓冲层薄膜的方法，其步骤是：

a、无水溶液制备：将乙酸锶和乙酰丙酮锆按锶∶锆的离子数量比等于1∶1的比例，溶解在丙酸中，形成无水溶液；

b、胶体制备：在a步的无水溶液中加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB)形成胶体；

c、胶体涂敷与干燥：将b步制得的胶体涂覆在基片上，再进行干燥；

d、热分解处理：将涂敷有胶体的基片置于烧结炉中，并在烧结炉中通入氩气，使炉温从室温以1℃/min的速度升至170℃-240℃，再以0.1-0.9℃/min的速度升至500℃-540℃，保温0.5-1小时；

e、烧结成相：将热分解处理后的基片放入烧结炉中，先往烧结炉中通入氩气，再将炉温以40-100℃/min的速度快速升至720℃-800℃，保温0.5-1小时，然后让炉自然降温至室温，得到锶锆氧(SZO)高温超导涂层导体缓冲层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

烧结前，按选定升温速度的分段升温预分解处理，可使得烧结形成的涂层更平整，更致密；烧结成相时先往烧结炉中通入氩气，可以保证锶锆氧(SrZrO₃)能够形成良好的双轴织构；使其制备的薄膜与稀土钡铜氧有极好的化学兼容性，而且能有效地阻挡Ni和ReBCO中的Cu的相互扩散。