[发明专利]金属基带上适用于REBCO超导层生长的模板制备方法

说明书

本发明是一种金属基带上适用于REBCO超导层生长的模板制备方法，属于高温超导材料制备技术领域。本发明包括以下步骤：（1）金属基带表面清洗；（2）采用化学溶液平坦化方法（SDP）在金属基带上制备隔离层；（3）采用离子束辅助射频磁控溅射方法(IBAD‑MgO)在隔离层上制备双轴织构氧化镁层；（4）采用射频磁控溅射方法制备锰酸镧层；（5）采用直流磁控反应溅射方法制备氧化铈层。本发明通过物理与化学制备方法的综合应用，为规模化生产高温超导带材模板提供了一种低成本制备方法。

技术领域

本发明属于高温超导涂层导体带材制备技术领域，是一种金属基带上适用于REBCO超导层生长的模板制备方法。

背景技术

高温超导涂层导体带材是高温超导材料领域的研究热点之一，它的制备包括两部分：双轴织构基带制备和超导功能层制备。双轴织构基带制备工艺可分为两大类：离子束辅助沉积技术(Ion Beam Assisted Deposition, 缩写为IBAD)和轧制辅助双轴织构技术(Rolled Assisted Biaxially Textured Substrates, 缩写为RABiTS)。RABiTS技术具有效率高、设备简单的优点，但是对基带有特殊的要求，现在主要用Ni-W合金，机械性能差，成本较高，而且具有磁性，不利于交变磁场环境下应用。离子束辅助沉积技术（IBAD）对金属基带的材料没有特殊要求，可以选择成本较低的哈氏合金和不锈钢作为基带材料，而且，离子束辅助沉积双轴织构氧化镁的速度较高，从工业大规模生产较低来说，离子束辅助沉积氧化镁的相对成本较低。离子束辅助沉积氧化镁要求表面非常光滑的金属基带，抛光金属基带可以采用传统的抛光工艺如机械抛光和电化学抛光。机械抛光工艺成本高、效率低，不适于柔性金属长带的表面抛光；电化学抛光工艺仅适合一些特定的金属带材，而且化学废液对环境造成污染，废液处理成本较高。一种新的使金属基带表面光滑的方法是化学溶液平坦化方法，它通过在柔性金属基带表面涂覆一层氧化物前驱液，利用表面张力作用，在突起区域残留液少，在沟槽区域残留液多，液膜作为连续的整体对基带表面起到平整化作用；然后经过热处理，前驱液挥发、分解成非晶氧化物膜。这种非晶氧化物薄膜既有平坦化表面的作用，又具有隔离原子扩散的作用，是一种低成本工艺。双轴织构氧化镁与钇钡铜氧高温超导体的晶格差别较大，需要在双轴织构氧化镁层上制备缓冲层，既保持双轴织构，又能与超导层晶格匹配。现在一般用MgO（home-epi）/LMO(sputtering)多层膜结构作为缓冲层,MgO上同质外延MgO需要高温条件,使基底非晶氧化物转化为晶态而使表面粗糙，不利于后续工艺，而且同质外延生长MgO的速度较低，因此需要寻找替代MgO(home-epi)的方案。LMO层晶格常数介于MgO与超导层中间，但是与超导层晶格常数差别较大，不利于超导层的生长，因此需要寻找与超导层更匹配的材料。本发明解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的目的是提供一种柔性金属基带上适用于REBCO超导层生长的低成本模板制备方法，用于工业化规模生产高温超导涂层导体带材。

本发明通过以下技术方案实现，本发明依次通过化学溶液平整化方法在金属基带上制备隔离层，利用离子束辅助沉积制备双轴织构氧化镁层，利用射频磁控溅射制备锰酸镧层，利用直流反应磁控溅射制备氧化铈层，得到适用于REBCO超导层生长的低成本模板。

本发明制备一种柔性金属基带上适用于REBCO超导层生长的低成本模板，模板多层膜结构见示意图1，具体制备过程包括以下步骤：

（1）金属基带表面清洗；

（2）采用化学溶液平坦化方法（SDP）在金属基带上制备隔离层；

（3）采用离子束辅助射频磁控溅射方法(IBAD-MgO)在隔离层上制备双轴织构氧化镁层；

（4）采用射频磁控溅射方法在双轴织构氧化镁层上制备锰酸镧层；

（5）采用直流磁控反应溅射方法在锰酸镧层上制备氧化铈层；