[发明专利]一种提高YBCO厚膜临界电流的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜的连续制备方法，属于超导材料技术领域，特别涉及YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)涂层导体超导层的制备和脉冲激光沉积(PLD)技术领域。

背景技术

经过30年来的发展，目前高温超导材料正从基础研究阶段向应用研究阶段转变，高 温超导材料的研究已在单晶、薄膜、块材、线材、涂层导体等多方面取得了重大突破，并 将逐步应用于能源、工业、交通、医疗、航天、国防和科学实验等领域，起到独特和不可 取代的作用。

高温超导体在强电方面的应用要求超导材料有高的电性能指标，其中最重要的是要求 长尺度超导体在一定的磁场下具有高的电流密度，通常J_c值应大于10⁴A/cm²，最好在10⁵A/cm²量级以上，这就要求必须制备出能够承载大电流的超导带材。

第一代高温超导带材是Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀(BSCCO2223)，其工艺已基本成熟，能够大 批量生产，但由于热激活磁通运动，Bi系超导材料的不可逆场较低，不可能在高温高场得 到较大的临界电流密度(J_c)。YBCO超导材料具有高的不可逆场，在高温高场下也能保持 良好的电性能，而且通过一定的工艺，能大大缩减Y系带材成本。因此，作为第二代高温 超导带材的YBCO涂层导体引起了人们的广泛关注。

为克服YBCO超导材料的弱连接效应，达到可供实用化的高临界电流密度，YBCO 涂层导体一般是三部分的层状结构：Ni或Ni合金基底，一层或多层隔离层，YBCO超导 层。其中超导层是YBCO涂层导体最重要的部分，因为它的质量和承载电流的大小密切 相关，并能以此检验隔离层的质量。所以能快速制备出致密、均匀、能承载大电流的YBCO 长带是迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备高性能YBCO涂层导体的方法，采用本方法， 能生长具有良好电性能的YBCO超导层。本方法为生长能实用化的YBCO涂层导体 提供了良好的实现途径。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种在金属基带衬底上制备高性能YBCO厚膜的方法，该方法包括下述步骤：

(1)在制备YBCO超导层的真空腔体中，将带有隔离层的金属基带作为样品衬底。 采用常规脉冲激光沉积设备，YBCO超导层的真空腔体为常规脉冲沉积激光设备的真空 腔体。

(2)以YBCO为靶材，靶基距40-60mm。在真空腔体中，采用脉冲激光沉积的方法 在衬底上沉积YBCO膜。

(3)抽真空至真空腔体内的真空度优于3×10^-4Pa，且将金属基带衬底加热至750-770℃ (由内置热电偶测量，此时腔体外的红外测温仪测量为715-735℃)并保持；再向真空腔 体内通入氧气，并控制纯氧气氛为20-30Pa并保持；

(4)、用脉冲激光沉积方法(PLD)在带有隔离层的金属基带衬底上制备YBCO薄膜。 以激光频率为10～20Hz，沉积YBCO薄膜。之后将金属基带衬底的温度在原有温度下提 高5-10℃并保持，待温度稳定平衡后，同样条件下再继续沉积YBCO薄膜，由传统的不 间断沉积方式改为间歇式沉积方式。

(5)在真空腔体中，将沉积后的YBCO薄膜进行原位退火，即在带有隔离层的金属 基带上制成YBCO超导层。

在所述的步骤(4)中，脉冲激光沉积方法中的所用的激光频率为10-20Hz，能量密 度为1.8～2.5J/cm²。

在所述的步骤(4)中，人为中断沉积，出现间歇时段，并在此时调节温度，间歇时 段的时间为3-8分钟；每次沉积的厚度：在0.6微米以下，不必间歇；在大于0.6微米以 后，约0.3-0.5微米间歇一次。

隔离层的厚度总体在几百纳米，与金属衬底80微米相比，这个厚度与间歇时间和次 数无关。