[发明专利]改善高温超导涂层导体微结构及其载流能力的方法

说明书

本发明公开了一种改善高温超导涂层导体微结构及其载流能力的方法，包括以下步骤：(1)选择商用已镀银和未镀银的REBa₂Cu₃O_7‑x超导带材，RE为Y、Dy、Gd等单个或多个混合的稀土元素；(2)REBCO超导成品带材放入通有纯氧气氛的高温炉中；(3)高温炉通入流动的氧气，氧气气压为1atm；(4)高温炉升温至550‑700℃保温20min–4h；(5)退火后的REBCO成品带材经过吸氧处理。本发明通过对商用的REBCO超导带材进行后退火处理，使超导材料在后退火过程中产生了Y124型Cu‑O面缺陷，使超导带材的临界电流值增加50‑100A/cm。本发明可大规模、批量化处理超导带材，具有很大的商业价值。

技术领域

本发明涉及超导材料技术领域，具体涉及一种改善高温超导涂层导体及其载流性能的后退火方法。

背景技术

第二代高温超导材料REBCO，即REBa₂Cu₃O_7-x,RE＝Y、Dy等单个或多个混合的稀土元素，由于临界电流高，不可逆场高等优点，使其在超导磁体等电力领域具有广泛的应用。REBCO在实际应用中具有载流能力上限的限制，即临界电流I_c，当通过带材的电流超过这一临界值后，超导薄膜的零电阻特征将转变为非超导态。临界电流包括自场临界电流和在场临界电流，而高温超导带材实际应用中往往是在外场下进行的，在高温超导薄膜内部由于磁通涡旋的运动，随着外加磁场的增大，临界电流值显著降低，不利于其在场的应用。目前，国内外使用不同方法制备的超导带材的临界电流值均有待提高，在世界上各种技术路线制备的超导带材中，4mm宽的高温超导带材其I_c性能一般为100–200A，其中I_c在200A左右的带材属于少数且产出不稳定。

为了改善超导层的微结构，进而提高超导带材的载流能力，全球研究者研究了许多方法。最常见的通过增加薄膜的厚度来进一步增加I_c值。但由于REBCO超导薄膜的制备存在厚度效应，当薄膜增加到一定厚度后，性能反而发生衰减，I_c值显著降低。此外，适量的晶格缺陷、异质纳米相缺陷的存在，对提高高温超导带材的性能也有一定有益的作用。因此在高温超导带材中可控地引入不同缺陷也是研究提高其载流性能的一个重要方向，这成为亟待了解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种改善高温超导涂层导体微结构及其载流能力的方法，改善高温超导涂层导体微结构，进而提高带材载流能力的方法，即将已制备好的未镀银的REBCO带材和已镀银的REBCO带材，置于一个大气压的纯氧中进行550-700℃的后退火处理，使REBCO超导薄膜在后退火过程中引入一定量的Y124型缺陷，提高REBCO高温超导带材的载流能力。

为实现上述技术目的，本发明采用如下发明构思：

在REBCO超导材料内部存在一种常见的面堆叠缺陷，尤其是Y124型Cu-O面缺陷，即在REBCO相中插了一层额外的Cu-O层。为了进一步提高REBCO超导带材的载流能力，特别研究了Y124型面缺陷在REBCO薄膜中的形成条件和该缺陷与薄膜超导性能的关系。主要是在已制备好的未镀银的REBCO带材和已镀银的带材上进行额外的后退火处理工艺。该工艺技术能在REBCO薄膜带材中可控的引入Y124型Cu-O面堆叠缺陷，使带材的载流能力得到进一步提高。该技术具有操作简单、可大规模、批量化处理等特点，适用于REBCO超导带材的产业化大规模生产，具有很高的商业生产价值。

根据上述发明构思，本发明采用以下技术方案实现：

一种改善高温超导涂层导体微结构及其载流能力的方法，包括以下步骤：