[發明專利]氧化物緩沖層及其制備方法

無效

• 申請號: 200910052051.8
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101562065A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 范峰;魯玉明;周文謙;劉志勇;蔡傳兵
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01B12/04
• 分類號: H01B12/04;H01B13/00;C23C14/34
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種超導涂層導體的緩沖層及其制備方法，尤其涉及一種高溫超導涂層導體的氧化物緩沖層及其制備方法。屬于超導材料技術領域。

背景技術

目前，高溫超導領域的研究已取得一些重大的突破，高溫超導的市場化也日趨臨近。專家預測：2010年到2015年將是高溫超導電力技術在全球范圍內比較全面地形成產業化的階段。以高溫超導電力技術為代表的高溫超導應用將得到全面啟動。2010年，全球在超導強電應用方面的產值將達到184億美元。到2020年，全球超導產值更可達到2440億美元。

高溫超導涂層導體技術是在金屬基底上輔以緩沖層生長雙軸織構的YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)超導層，以獲得液氮溫區高的、無損耗的超導載流能力。實現雙軸織構是高溫超導涂層導體的最關鍵技術。人們已發展了如下三種技術來實現超導層的雙軸織構：離子束輔助沉積(IBAD)、基體傾斜沉積(ISD)、輥軸再結晶技術(Rolling?Assisted?Biaxially?TexturedSubstrate，RABiTS)。其中，離子束輔助沉積(IBAD)和基體傾斜沉積(ISD)可在常規的無取向多晶金屬基體(如普通的不銹鋼片)上分別借助于離子束輔助沉積(IBAD)技術、基體傾斜沉積(ISD)技術生長具有強制雙軸織構的緩沖層，然后在緩沖層上外延生長超導層。輥軸再結晶技術(Rolling?Assisted?Biaxially?Textured?Substrate，RABiTS)則把柔性的金屬基底進行機械變形，之后經退火再結晶處理，以實現金屬基底的雙軸織構，供緩沖層及超導層外延生長。

根據實現織構技術不同，金屬基底可分為兩類，即通過RABiTS技術制備的織構金屬基體和用于離子束輔助沉積和基體傾斜沉積技術的非織構金屬基體。其中，抗氧化、磁性和機械性能是選擇金屬基底材料的基本要素，同時金屬基底還應具有與緩沖層及超導層相近的熱膨脹系數。在眾多的金屬基底材料中，鎳及其鎳基合金在一定高的處理溫度下具有很高雙軸織構和抗氧化性。目前在RABiT技術路線中應用較廣泛的是Ni基合金，如Ni-5at％W。

緩沖層在高溫超導涂層導體中既是超導層外延生長的織構基底，也是克服金屬基底與超導層中間元素擴散、發生反應的阻擋層。這就要求緩沖層與超導層和金屬基底要有較小的晶格失配度，且能夠形成致密無裂紋的薄膜，有效阻礙金屬基底被氧化及阻礙基底金屬原子向超導層擴散，且不與金屬基底和超導層反應。根據涂層導體技術路線的不同，緩沖層的選材也會有所不同。

CeO₂與RE123超導層和金屬襯底均具有較小的晶格失配度，一直以來被用作為高溫超導體的緩沖層材料。但是，在制備高溫超導涂層導體的時候，當CeO₂緩沖層在金屬基底上厚度超過一定值時(約為50nm)就會出現微裂紋。微裂紋的出現進而影響超導層在緩沖層上的外延生長，最終導致高溫超導涂層導體超導性能的下降。

針對現有技術所存在的問題，本案設計人憑借從事此行業多年的實驗經驗，積極研究改良，提出了本發明氧化物緩沖層及其制備方法的技術方案。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種低表面粗糙度、且厚度較大的氧化物緩沖層。

本發明的又一目的是提供一種低表面粗糙度、且厚度較大的氧化物緩沖層的制備方法。

為達到本發明的第一目的，本發明采用如下技術方案：氧化物緩沖層的化學式為Y_xCe_1-xO_2-0.5x，其中，0.2≤x≤0.8。

為達到本發明的又一目的，本發明采用如下技術方案：

A、金屬靶材的制備。

選取高純度(釔、鈰金屬粉料的純度重量百分比在99.999％以上)的釔、鈰金屬粉料為原料，按照化學式Y_xCe_1-xO_2-0.5x，0.2≤x≤0.8，配比釔、鈰元素的原子個數，通過拼接、鑲嵌方法制得具有區域組份性質的金屬靶材。

B、金屬基底的清洗和固定。

(1)依序通過丙酮溶液、酒精溶液對金屬基底進行超聲波清洗，以除去粘附在金屬基底表面的油污；

(2)將洗凈的金屬基底固定在直流反應濺射腔體內。

C、氣路清洗。

對直流反應濺射腔體的氣路進行清洗，以出去氣路中殘留的氣體和混入的空氣。

D、直流反應濺射腔體的氣壓調制。