[发明专利]一种超导薄膜的制造方法

说明书

本发明涉及在纵向拉伸的衬底上制作超导薄膜的一种方法。该方法把衬底拉过一淀积室，在淀积室的一个热区内将其加热，并在该热区内将超导材料被覆于衬底上(DE 4228573C1)。

超导效应早为人们所知晓。在超导情况下，—至少对于直流来说-金属导体的电阻在低于某一临界温度时消失。该临界温度例如对于材料Nb₃Sn来说为18.2K。致冷介质通常采用氦。超导体能几乎无损耗地传输电流。除了其制造之外，一个问题是特别要在导体周围保持低温。

因此要寻求在较高的低温下已呈现超导性的超导材料。这些高温超导(HTSL)材料具有大于77K的临界温度。它们例如具有钇、钡、铜、氧等组份。HTSL材料例如可用脉冲激光束、等离子体蒸发、热蒸发或化学法被覆于加热的衬底上。据DE4228573C1所述，用已知方法制成的薄膜的质量和重复性有不足。这就造成薄膜在保持超导性情况下的电流载量较低，因此限制了可传输电流的数额。

用篇首所述DE4228573C1的已知方法可改善制成的HTSL薄膜的质量及重复性。该方法用脉冲源实施的被覆是断续进行的。这就在被覆时产生衬底与被覆薄膜的温度状态均匀，实现了上述的改善。但是，这样制成的薄膜的电流载量也低。

本发明的任务在于进一步发展篇首介绍的方法而能使制成的HTSL薄膜取得较高的电流载量。

本发明完成这一任务的方法是，衬底在被覆超导材料时，其几何形状不同于成品使用时，使超导薄膜在使用情况下出现的衬底几何形状下在衬底平面产生一压应力。

采用这种方法将超导材料被覆于衬底上，就使超导材料在与其具体用途相应的形态下承受压应力。业已出人意外地证实，单单采取这一措施便大大提高了制成的HTSL材料的电流载量。这一点之所以出人意外，特是因为HTSL薄膜不同于陶瓷HTSL材料(DE 3730766A1)，具有高密度的显微结构及不大于0.1％(体积)的很小的晶间孔率。对所述临界电流密度改善所能作出的一种可能解释，是产生了形变晶体的电子或声子结构的变化，这由a(b)晶格参数的减小和c轴参数的增大所造成。还可能在1维形变过程中出现填入中心(Pinning-Zentren)的重新排列。由于应用本方法可能有较高的电流，相应的超导体可应用于新的或更宽的技术领域中。

实施本方法，例如可将超导薄膜被覆于在被覆范围内表面区伸长的衬底上，接着使衬底消除应力，恢复其原有状态。例如可弯曲衬底来伸长其表面。因衬底在被覆后弯回，覆膜后的表面和被覆上的超导薄膜承受到作用于衬底面的压应力，使HTSL材料的电流载量得到提高。

也可以使衬底在线性状态下被覆，接着将其成线圈。这样超导覆层处于应加力之下，使线圈具有较高的电流载量。

本发明的其他适宜形式见从属权利要求。

本发明的方法将根据附图用实施例加以说明。其中，

图1为实施本发明方法所用装置的示意图；

图2至5为衬底薄膜的不同可行方法。

超导薄膜可用各种已知方法被覆于原则上任意的衬底上。下面的叙述中介绍脉冲激光覆膜来代表各种可行的方法。衬底可以呈不同形式，例如线圈、螺线或带。下面考虑用带代表各种可能的结构形式。

在淀积室1(下面简称为“室1”)中例如抽成真空并加以维持，其中例如保持压力为0.5毫巴的氧气。在室1中安装热区2、围绕热区的光阑3、电动机4和装有超导材料的靶5。电脉冲激光器6发出的激光束7可通过窗8射入室1。激光束照射到靶5上。构成管状的热区2有一孔9，它可通过装成可转动的光阑3打开和关闭。为此，由电动机4使光阑3能绕其轴转动。靶5装在室1中而同样能转动，这用箭头10来表示。该靶与热区2相间隔，宜安装成对穿过孔9中心的直线11对称。

例如由多晶材料制成的衬底12(下面称为“带12”)以所绘箭头的方向通过室1。它通过孔13进入室1，通过热区2并由孔14离开室1。带12在室1的孔13和14中由辊15和16传送。在热区2中由辊17传送。在所示实施例中设有3个辊17。

在热区2中，辊17安装成使纵向牵引的带12弯曲通过。带12在弯曲区的曲率半径用R表示。弯曲顶点位于热区2的孔9的高度上，因此也位于靶5的高度上。

为用图1所示装置实施本发明的方法，首先接通激光6和热区2。照射到靶5上的激光束7使超导材料粒子从靶表面释出，这些粒子通过用虚线表示的等离子体束淀积在带12上。穿过热区2的带12便取得超导材料层19。