[发明专利]氧化物超导体成型体及其制造方法

说明书

本发明涉及一种用于电线、电缆、导线电路板、或电气和电子部件中的氧化物超导体成形体及其制造方法。

一种典型的氧化物超导体是在液He温度下呈现超导特性的Ba-Pb-Bi氧化物。近年来，已经发展出了在高于液H₂、Ne和N₂温度的温度下呈现超导特性的氧化物超导体（以下简称为超导体）。这些超导体是诸如（La_xSr_1-x）₂CuO₄和YBa₂Cu₃Ox一类的复合氧化物，每种氧化物由一种Ⅲb族元素、一种碱土金属和Cu构成。这类超导体具有K₂NiF₄结构或缺O₂叠层状钙钛矿结构。具有Cu-O晶面结构的典型叠层材料是具有较高临界温度（Tc）的Bi-Sr-Ca-Cu-O材料和Tl-Ba-Ca-Cu-O材料，其实例是Bi₂Sr₂CaCu₂O₈、Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀、Tl₂Ba₂CaCu₂O₈、Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀和TlBa₂Ca₂Cu₃O₁₁。以上材料的超导机理虽未完全澄清，但假定超导电流沿Cu-O晶面产生。

其它超导体氧化物包括SrTiO_3-x，AxWO₃、AxMoO₃、AxReO₃、Ag₇O₈X、LiTiO₄等。

把以上氧化物超导体依靠胶印等方法制成为厚膜，或依靠物理汽相沉积（简称为PVD）法和化学汽相沉积（简称为CVD）法制成薄层。另外，可把氧化物超导体制成诸如导电线和导电条一类的导体，並用于各种应用中。

所有的外延方法（如PVD等）均在真空中实施。为了制备如YBa₂Cu₃Ox这样的氧化物，由于有副反应（如还原反应），O₂便变得短缺，在这种情况下，便采用含有少量O₂的真空气氛。但是难以保持最佳组份。出于这个原因，所获得的膜易成为非晶，其超导特性降低。在最坏情况下，不能获得超导特性。

在这些条件下，根据常规方法，将所得膜在含氧气氛中约900℃下进行加热，以调节氧等的组份及晶体结构从而制备出超导体。

实际上，超导体成形体必须经受各种（即机械的和热的）应力和张力，必须具有柔性，以便获得所需形状。例如，尽管超导体成形体在应用过程中在例如液氮的冷却环境中冷却，但在不应用时又使之回到室温中。因此，超导体成形体是在急剧的热循环条件下应用的。

使超导体膜形成在具有优良柔性的基底（如金属基底）上並把超导体成形体应用于实际当中，这种方法已有考虑，但是，在控制超导特性的加热过程中，基底金属扩散到超导体中，致使超导特性降低，如临界电流密度（Jc）、临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）降低。

此外，在加热中，超导体的构成成分会在超导体与基底之间的界面处或在超导体的表面处离析。在最坏情况下，挥发性成分离去，不能获得所需超导特性。

而且，在超导体膜开始与外界空气接触时，超导特性便会因空气中的温度和杂质气体成分而急剧下降。

为了把氧化物超导体用作满足具体应用目的的超导体成形体，至少要满足以下条件之一以实现本发明目的。本发明的主要应用是导电线、电缆、导线电路板、各种磁体、磁和电磁屏蔽体、电子装置和装置导线。

（1）本发明超导体具有其本身固有的Tc和Hc，並呈现出尽可能高的Jc。

（2）超导体满足根据具体应用的电流容量Ic的条件。

（3）除上述电学条件处，超导体还要满足必要的机械条件，如强度和柔性。在导电线中，柔性尤为必需。

（4）超导体要具有优良的热特性，即由超导体产生的热应力要尽可能小，以便使其经受住至少在冷却温度和室温时的热循环。