[发明专利]双面超导带材缓冲层的连续制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导材料技术领域，特别涉及超导带材的制备方法。

背景技术

1986年高温超导体的发现引起了全世界科学界极大的兴趣和关注。人们对其材料组成、结构特征、性能、应用等各方面进行了广泛深入的研究。超导体具有许多独特的性质，如零电阻、完全抗磁性(迈斯纳效应)和超导隧道效应(约瑟夫森效应)等，利用这些性质可在科研和生产上发展许多有重要价值的器件，如强磁体、超导量子干涉器件(SQUID)、高效电动机和无损耗传输电能系统等。高温超导体的发现使超导体的工作温度从液氦温区(4.2K)提高到液氮温区(77K)，使超导体的实用前景更加广阔。

高温超导材料在强电上的应用一直是一个重要的方向，各国政府对高温超导带材的研究投入了巨大的人力和物力。第一代铋系高温超导带材(BSCCO/2223)已进入实用性阶段，但是其在强磁场下难以得到高的临界电流密度J_c，并且昂贵的银的大量使用也使其在降低工业成本上受到限制。因此，各国政府将研究开发的重点转移到一种在柔性金属基带上涂以YBCO/123薄膜的涂层导体(Coated Conductor，称CC导体或第二代高温超导带材)上。YBCO带材比铋系带材载流水平更高、磁场下超导性能更好、价格更便宜，是一个极具应用前景的高技术产业。

目前第二代高温超导带材采用的金属基带主要以Ni和Ni基合金为主。若直接在Ni基带上沉积YBCO薄膜，由于Ni与YBCO之间的互扩散易使带材电性能恶化，机械性能变差，使用价值降低。且Ni与YBCO之间的相容性较差，在Ni基带上不能直接制备结构良好的YBCO膜层。因而需要在Ni基带上制备与YBCO兼容性较好的氧化物过渡层以改善YBCO薄膜的性能。由于需要阻挡扩散和缓并晶格失配，缓冲层薄膜应具备一定的厚度，这就需要高沉积速度；同时为了满足应用方面的需要，需要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；而对于工业化的要求，如何在长基带上快速连续制备双面氧化物过渡层薄膜成为急需解决的技术问题。

此外，研究表明，YBCO晶粒间的晶界夹角对超导性能有很大影响，YBCO面内外晶界角大于4°时，超导性能急剧下降。由于超导带材中YBCO晶粒间夹角在缓冲层上外延生长，因此改善缓冲层面内外织构是另一个需要解决的问题。

目前对于这类薄膜的制备，可以采用脉冲激光沉积、磁控溅射、电子束共蒸发等真空方法，以及溶胶-凝胶、金属有机物沉积、电泳沉积、液相外延法等非真空方法。但无论是从连续性、两面一致性或者沉积速度上面，都存在着不足，为此需要寻找一种能够解决上述问题的方法。

中国专利200610020898.4公开了一种双面长超导带材缓冲层的连续制备方法，其靶材方向垂直于基带表面，在沉积薄膜的两面一致性上有所欠缺，而且在缓冲层面内外织构也要比本专利所制备的有所差距。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于高速、连续制备双面第二代高温超导带材缓冲层的方法，使用该方法可以实现高温超导带材缓冲层的快速、连续制备，使用该方法制备出的薄膜具有良好的两面一致性，单面均匀性好，取向度高，表面平整度高。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，双面超导带材缓冲层的连续制备方法，包括下述步骤：

1、双面超导带材缓冲层的连续制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)将含钨5％的镍基合金双轴织构基带安装在第一转盘和第二转盘之间；

2)将金属钇靶分别安置在对靶上，两个转盘之间的基带平面的法线与相对的对靶上的金属钇靶连线垂直；

3)将生长室抽背底真空至5.0×10^-4Pa以下，对基带进行加热，使温度最终保持在600℃～660℃，向生长室内充入氩氢混合气体，并使生长室内保持2～3Pa氩氢混合气体，再充入1.2×10^-3到2.5×10^-3Pa的水蒸气；

4)步进电机通过第一转盘或者第二转盘带动基带匀速运动；

5)开启辉光，溅射金属钇靶材，在基片上沉积Y₂O₃薄膜；

6)关闭溅射，停止对基片加热，得到制得的Y₂O₃薄膜。

进一步的，基带运动方向与金属钇靶连线垂直。所述氩氢混合气体由摩尔比为96％的Ar和4％的H₂组成。

步骤3)的温度保持620℃，生长室(9)内保持2.5Pa氩氢混合气体。