[发明专利]一种稀土钡铜氧高温超导膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温超导材料技术领域，具体涉及一种稀土钡铜氧高温超导膜的制备方法。

背景技术

稀土钡铜氧（REBa_1+xCu₃O_7-y，其中RE为稀土元素如Y、Gd、Sm等，0.5≤x≤1，0<y<0.5）高温超导膜是第二代高温超导导线（又被称为涂层导体）的核心组成部分，它在液氮温度（77K）具有优良的载流能力，且适合在高磁场环境下应用。目前制备高温超导膜的技术主要包括化学溶液沉积和真空沉积方法，其中化学溶液沉积技术由于不需要昂贵的真空设备，非常有利于降低生产成本，同时该技术具有化学计量比易于精细调节、成膜均匀性好、对基底的形状和尺寸选择范围很宽等诸多优点。因此，化学溶液沉积技术被认为是发展低成本、高性能的第二代高温超导导线产业化制备的核心技术之一。

为了降低第二代高温超导导线的制备成本，推进其产业化进程，能提高超导膜的电流传输能力是一种非常有效的方法。提高超导膜的电流传输能力主要有两种方式，一是提高临界电流密度（J_c），二是在保持高J_c前提下提高超导层的厚度。目前国际上对第一种方式的研究已经比较完善，使用化学溶液法制备的稀土钡铜氧高温超导薄膜的J_c普遍可以达到4mA/cm²的水平甚至更高。但是对于第二种方式的研究目前仍普遍存在困难，特别是化学溶液法，虽然通过提高前驱物浓度、使用聚合物添加剂等方法可以方便的增大超导膜的厚度，但是超导膜存在着J_c的厚度依赖效应，即J_c会随着膜厚度的增加而迅速下降。该现象在包括化学溶液法在内的各种制备方法中都普遍存在（J.Appl.Phys.64:6388;Supercond.Sci.Technol.20:L25）。

造成稀土钡铜氧超导膜的J_c厚度依赖效应的因素很多，包括面外取向的杂乱（特别是a轴织构晶粒的增多）、面内织构的恶化、杂相增多、气孔等缺陷增多等等，但如何抑制这些因素对J_c厚度依赖效应的影响，是亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种稀土钡铜氧高温超导膜的制备方法，在提高超导层的厚度下依然能保持高J_c。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种稀土钡铜氧高温超导膜的制备方法，包括如下步骤：

a)将稀土金属盐、钡盐、铜盐和掺杂元素化合物按比例称量并分散于溶剂中，搅拌后得到均匀的前驱物，所述掺杂元素化合物在300℃-650℃和氧气氛围下能生成掺杂元素的氧化物；

b)将所述前驱物涂覆于基底上形成前驱膜；

c)将所述前驱膜置入热处理炉中，以0.1米/分钟-10米/分钟的流速通入高纯氧气流作为热处理气氛，将炉温在升温速率为1℃/分钟-1500℃/分钟下升至300℃-650℃并保温0-5小时，并在炉温达到80℃-120℃内的一温度时增加水蒸气的通入直到完成热分解，所述水蒸气的分压为0.7-90kPa；

d)以氧氮混合气为热处理气氛，所述氧氮混合气的气体流速为1米/分钟-100米/分钟，其中氧气的含量为50ppm-500ppm，其余为氮气，并通入水蒸气，所述水蒸气分压为0.7-90kPa，将炉温在升温速率为10℃/分钟-100℃/分钟下继续升至700℃-825℃并保温20分钟-250分钟，在保温时间的最后1%-30%时间内，停止水蒸气的通入，完成烧结晶化；

e)在流速为0.1米/分钟-10米/分钟的干燥的高纯氧气下，将炉温降至400℃-500℃并保温0分钟-240分钟，完成充氧，得到所述稀土钡铜氧高温超导膜。