[发明专利]一种高温超导带材用哈氏合金基带的复合表面处理方法

说明书

本发明涉及一种高温超导带材用哈氏合金基带的复合表面处理方法，该方法用以降低哈氏合金基带的表面粗糙度，使哈氏合金基带均方根表面粗糙度小于1纳米，该复方法包括两个处理阶段，第一阶段采用机械抛光方法，使哈氏合金基带的表面粗糙度降低至50纳米以下；第二阶段对机械抛光后的合金基带进行电化学抛光处理，使哈氏合金基带的均方根表面粗糙度进一步降至低于1纳米，满足第二代高温超导体对基带表面粗糙度的要求。与现有技术相比，本发明的表面处理方法简单高效，对原始基带的表面粗糙度要求不高，适合哈氏合金基带的批量化抛光生产，具备实现公里级基带连续抛光作业的能力，可为第二代高温超导用合金基带的国产化供应提供解决方案。

技术领域

本发明涉及高温超导材料的制备领域，尤其是涉及一种高温超导用哈氏合金基带的复合表面处理方法。

背景技术

BSCCO(bismuth strontium calcium copper oxide，铋锶钙铜氧化物，为一种Bi系高温超导材料)一般被称为第一代高温超导体。为了与BSCCO相区别，人们把YBCO(Yttrium Barium Copper Oxide，氧化钇钡铜，为一种Y系高温超导材料)称为第二代高温超导体或根据其制备工艺称为第二代涂层导体。近年来，美、日、德等技术发达国家都将第二代涂层导体的实用化研究作为21世纪超导材料研究和发展的热点，并取得了一系列突破性进展。

与Bi系高温超导材料相比，Y系超导体的钉扎力更强，超导临界电流密度要比Bi系高出两个数量级，在液氮温度(77k)下具有高达7T的不可逆场(Bi系在相同条件下的不可逆场仅有0.2T)，因此，Y系比Bi系具有更好的磁场特性。采用廉价的金属基带，使得制备Y系超导体的成本低于Bi系超导体，规模化制备性价比(价格/K A·m)甚至可以低于金属铜导线，具有极高的应用价值和广阔的市场前景。

由于YBCO超导层是硬、脆的氧化物，晶体流动变形性差，难以通过粉末装管拉拔工艺或者先涂敷再进行后处理的方法实现高性能长带的制备，必须将超导材料沉积在柔性的金属基带上，所以，涂层导体的最底层为金属基带层。目前用于制备第二代高温超导带材的金属基带主要有C-276哈氏合金，不锈钢和镍-钨合金。金属基带的厚度在50-100微米之间，宽度在1-10厘米之间。为了避免超导层与金属基带层之间的互扩散，并提供具有高临界电流密度(Jc)的YBCO双轴织构生长所需的模板，需要在超导层与金属基带层之间加入过渡层。过渡层的作用不仅是阻止基带与超导层之间的互扩散，还要将基带的双轴织构顺延至超导层。

基带织构以及表面状况的好坏是制备涂层导体的关键。目前主要有三种工艺路线来制备这样的基带：轧制辅助双轴织构基带(rolling-assisted biaxially texturedsubstrates,RABiTS)技术、倾斜衬底沉积(inclined substrate deposition,ISD)技术、离子束辅助沉积(ion-beam-assisted deposition,IBAD)技术。

RABiTS技术是由Oak Ridge国家实验室发明的，即在一定的形变速率下使金属材料经受轧制的变形作用，总变形量一般为原材料厚度的95％，并且通常以每次轧制10％的变形量经多道轧制完成，每道轧制后要经过退火处理，轧制完成后还要进行再结晶处理，以获得理想的{001}<100>织构。RABiTS法制备双轴织构的金属基带的工艺流程简单，但制备过程中连续的形变热处理操作使得其制造成本难以下降，已逐渐被日益成熟的IBAD技术所取代。

IBAD技术与ISD技术类似，都是在无织构的金属基带上沉积一层具有立方织构的MgO种子层。但是MgO织构的好坏严重依赖基底的光滑度。研究表明，采用IBAD工艺制备具有双轴定向生长结构的MgO薄膜晶体的首要条件是必须采用均方根表面粗糙度(RMS)小于1纳米(原子力显微镜扫描面积为5×5平方微米)的衬底。然而，由于受到轧机精度、轧辊光洁度及轧制环境清洁度的限制，目前市售的高规格金属基带的表面粗糙度大约在75纳米左右，更一般的则大于100纳米，远远不能满足高温超导带材功能层制备的要求。