[发明专利]高温超导双面带材及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导材料技术领域。

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。Y系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。

第二代高温超导带材采用的结构为保护层（Ag或Cu）/超导层（YBCO）/缓冲层（单层或多层）/金属合金基带。对于超导带材的每一层结构都具有其特定的作用，YBCO超导层决定了超导带材载流能力。根据国内外研究表明，超导层厚度超过1微米之后，其临界电流密度J_c会显著下降，这就限制了超导层的厚度。而超导层载流能力由超导层厚度与临界电流密度共同决定。

目前国内外研究工作者致力于两方面研究来提高超导层载流能力，一方面致力于不减少临界电流密度情况下增加超导层厚度；另一方面致力于不增加膜厚的情况下增加超导层的临界电流密度。但是由于YBCO薄膜生长机制及金属基带非单晶结构的限制，在这两方面的研究工作都遇到较大困难。因此，迫切需要一种解决上述问题的方法。

发明内容

针对上述难题，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种载流能力显著提高的高温超导带材的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明方法采用的技术方案是：高温超导双面带材，其特征在于，在金属基带的正反两面都涂覆有过渡层，过渡层以外为超导层，超导层以外为保护层。

所述金属基带为Ni或Ni合金双轴织构基带。所述过渡层为多层结构，材质为CeO₂/YSZ（Y稳氧化锆，Y的掺杂量为3-5%）/CeO₂或Y₂O₃/YSZ/CeO₂或CeO₂/La₂Zr₂O₇。

或者所述过渡层为单层材质结构，材质为CeO₂或SrTiO₃或La₂Zr₂O₇或LaMnO₃。

所述YBCO薄膜层的厚度大于500nm小于4μm。所述保护层为Ag或Cu，厚度大于1μm小于2μm。

本发明还提供高温超导双面带材的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）在金属基带的两面同时制备具有双轴织构的单层或多层过渡层；

（2）在步骤（1）所述过渡层上两面同时制备YBCO超导薄膜层；

（3）在步骤（2）所述过渡层上两面同时制备保护层。

本发明的有益效果是：本发明的双面缓冲层/超导层结构，在超导带材总厚度几乎不变，并保证单面超导层临界电流密度，使超导带材达到或接近双倍的临界电流，显著提高超导带材的载流能力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明实施例1的YBCO/CeO₂/YSZ/Y₂O₃/NiW/Y₂O₃/YSZ/CeO₂/YBCO薄膜两面的X射线衍射（XRD）θ-2θ扫描图谱。其中X轴表示2θ角（单位是度），Y轴表示计数强度。由图2可知，样品两面多层均为纯的c轴取向，两面一致性好。