[发明专利]第二代高温超导带材金属韧性模板的制备方法

说明书

本发明公开了一种第二代高温超导带材金属韧性模板的制备方法；所述方法包括：选取高温合金板材，镜面冷轧减薄至高温超导带材的要求厚度，获得基带；采用化学溶液沉积法，在所述基带上沉积生长非晶或者晶态膜隔离层；采用化学溶液平整法或真空镀膜法，在所述非晶或者晶态膜隔离层上沉积生长非晶氧化物薄膜。本发明通过“镜面冷轧”与化学溶液沉积多层薄膜相结合的工艺路线，制备具有抗氧化性强、表面平整的复合薄膜韧性金属基带，基带表面粗糙度达到2纳米以下，且可直接用于沉积高质量IBAD氧化物薄膜(如MgO，TiN和YSZ)，为工业化生产第二代ReBCO高温超导带材提供一种低成本高效率的制备方法。

技术领域

本发明涉及第二代高温超导带材制备技术领域，具体涉及一种第二代高温超导带材金属韧性模板的制备方法。

背景技术

与第一代高温超导线带材相比，第二代高温超导线带材具有以下优点：使用温度高，原材料价格低，且在外加磁场下有良好的载流能力。这使得这种材料有着更加广泛的应用前景。为了获得可以实际应用的超导线带材，将机械性能较差的高温超导氧化物以薄膜的形式沉积在金属韧性模板上是目前主要的技术手段。金属韧性模板的性能对于第二代高温超导线带材尤为重要。用于第二代高温超导带材的金属韧性模板的主要技术要求为，第一，金属韧性模板具有良好的抗氧化性，阻止金属基带中的元素向超导层扩散；第二，金属韧性模板具有良好的表面平整度，为后续外延沉积高质量外延薄膜提供基础；第三，金属韧性模板要具有较高的机械强度。目前获得这种多功能的金属韧性模板主要的技术路线之一就是采用哈氏合金不锈钢等高温合金基带，经过合适的抛光工艺，使其达到纳米级平整的表面质量；然后沉积多层氧化物的方法，提高高温合金基带的高温抗氧化能力；最后采用离子束辅助沉积技术(IBAD)，在其表面形成织构层。为了获得高质量的IBAD氧化物织构层，要求金属韧性基带的表面粗糙度达到1纳米左右，通常的技术手段是电解抛光或机械抛光。机械抛光成本较高，难以进行金属长带材的连续生产；电解抛光对材料的初始表面粗糙度有严格要求(如低于30纳米)，同时抛光工艺参数对材料成分十分敏感。此外电解抛光所产生的化学废液也需要进一步处理，增加了整体工艺的复杂性。

2011年，Chris Sheehan等人提出了化学溶液平整化的思路，并成功代替了传统的电解抛光工艺，使得最终金属带材表面粗糙度降低至1纳米左右。但是，为了实现高度平整的表面质量，这种工艺需要将涂敷和热处理工艺重复数十次(如文献applied physicsletters 98，071907(2011)中描述，其涂敷和热处理工艺重复30余次；Russian ChemicalBulletin，62(6)，1454(2013)，工艺重复次数为40次)。这对前驱液的稳定性、涂覆和热处理工艺的鲁棒性提出了较高要求，限制了生产率的进一步提高。

发明内容

本发明为了简化生产工艺并提高生产效率，提供了一种第二代高温超导带材金属韧性模板的制备方法。本发明采用镜面冷轧与化学溶液平整技术相结合的技术路线，用于获得高质量的第二代高温超导带材金属韧性模板。本发明主要解决“镜面冷轧”难以使得金属韧性模板的表面达到纳米级平整水平，而现存化学溶液平整技术所需多次涂敷薄膜的繁琐工艺。

采用起始具有较大粗糙度的金属基带，通过镜面冷轧的工艺，在“减薄”金属基带的同时，迅速降低金属基带的表面粗糙度；然后采用化学溶液平整技术，利用化学溶液的“表面张力”，获得表面平整的非晶或结晶的氧化物厚膜，该氧化物膜也可作为隔离层(减少涂敷和热处理工艺的循环次数)；最后利用化学溶液平整技术或其他真空镀膜工艺在沉积非晶氧化物薄膜，表面粗糙度达到5纳米以下，且可直接沉积IBAD氧化物并获得强双轴织构。该工艺制备方法简单高效，对金属基带的初始粗糙度要求低，对隔离层的氧化物厚膜材料选择广泛，工艺窗口宽。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种第二代高温超导带材金属韧性模板的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、选取高温合金板材，镜面冷轧减薄至高温超导带材的要求厚度，获得基带；