[发明专利]用于制备具有高转变温度的超导层的技术基材的涂布

说明书

技术领域

本发明涉及在用于高温超导体带的连续生产的带基材上沉积平滑层。

现有技术

本发明涉及在技术基材上制备结晶取向层，特别是高温超导体。“技术基材”(technical substrate)是这样的支撑物，其与单晶支撑物相比可以经济地制造，并且不需要经历昂贵的表面抛光，尤其是为了使表面平滑。这样的技术基材具体包括陶瓷或金属片和金属箔。

薄的双轴取向的层以在技术中广泛应用。高温超导体(HTS)薄层是既被用于高频工程又被用于电力工程的典型例子。低于转变温度Tc时电阻的消失使线路损耗低以及提高用于存储电能、转换电能或传输电能的各种装置的能量转换效率。为了确保HTS层的高电流负载容量>1MA/cm²，必须尽可能在这些材料中避免大角度晶界。因此，只有通过接近单晶的双轴织构层(bi-axially textured layer)才能实现最佳的结果。

由此，HTS层最好被应用于具有大长度的薄金属带(HTS带)上。这样，HTS带(在下文中也被称为“带”)，在既定应用中可代替铜线并且可以在这些应用中传输高得多的电流。这些高电流在铜中会导致较大的欧姆损耗。当使用超导体时，这些损耗可以减小。

除此之外，在金属的低温超导体已经用于代替铜导体的时刻，其他设备或性能也可以得到改善，例如磁共振断层或强电磁铁。高温超导体(HTS)允许显著更高的工作温度，并能承受更大的磁场。由于所导致的冷却工作的减少，这将导致更简单的设置和能量转换效率的提高。

此外，也有这样的应用，例如在高频率的技术中，其中基材不需要是导电的。对于这些情况下，也可以使用其它基材，例如用陶瓷代替金属基材。

除了这里提到的HTS例子之外，仍然有多种具有特定的电性能(例如铁电性、热电效应和磁性)的其他材料，其可优选在传感器技术领域用于双轴织构的形式。对于这些情况，需要具有合适的表面性能(这些性能允许制造这些材料的薄取向的层)的经济有效的基材。

为了沉积取向的外延层，通常需要单晶基材，其规定了层中的原子排列，由此规定其结晶取向。由于这些基材是非常昂贵的，并且不是任何尺寸都能得到，使用成本低的技术基材作为支撑物是有利的，例如多晶陶瓷或金属片或金属箔。为了在技术基材中产生缺失的结晶取向，一些具体的涂布方法已经被开发用于产生双轴取向的缓冲层(其充当外延支撑物或外延层)。已建立的方法是“离子束辅助沉积”(IBAD)，其中在沉积期间支撑离子束(supporting ion beam)被引导到具有特定角度的表面基材上。这种方法的基本变体在EP0872579和EP1178129中描述。在另一种被称为“倾斜基材沉积”(ISD)的常见方法中，在一定角度倾斜的基材上发生来自气相的涂布。以这种方式，适当选择沉积参数时，也能以高沉积速率沉积取向层。这种方法在EP0669411和EP0909340中有详细描述。

为了可以通过该方法来制造良好取向的层，基材必须具有尽可能低的粗糙度或表面粗糙度。通常情况下，小于2nm的RMS(均方根)粗糙度值是必需的。而基材表面的长波调制对微观取向过程很少发挥作用，微观粗糙度、表面上的析出物、晶界处的沟槽或具有锋利边缘的划痕不可避免地导致无序区域周围的取向损失。由于具有高面积密度的技术基材存在这样的缺陷，具有这种表面的技术基材不适用于涂布。

因此，在涂布之前这样的表面通常要进行化学-机械研磨，或在金属表面的情况下电解抛光。在某些情况下，基材表面也可以通过熔化(例如使用激光)来平滑。然而，这些方法往往是缓慢的，并导致相当大的成本。