[發明專利]一種低成本制備雙軸織構氧化物緩沖層的方法

無效

• 申請號: 201210007749.X
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN103208586A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 劉志勇;蔡增輝;白傳易;魯玉明;蔡傳兵
• 申請（專利權）人: 上海恒云能源科技有限公司
• 主分類號: H01L39/24
• 分類號: H01L39/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高溫超導材料制備技術領域，尤其是第二代高溫超導帶材制備領域。?

背景技術

第二代高溫超導線帶材(涂層導體)是基于柔性金屬基帶和薄膜外延技術而誕生的。外延生長的REBa₂Cu₃O_y(RE123，RE＝稀土元素)薄膜具有高度的面內和面外晶?？棙?，抑制了晶界弱連接，同時薄膜的島狀生長機制而產生的大量位錯缺陷可作為有效的磁通釘扎中心。因此，第二代高溫超導帶材在液氮溫區具有極高的臨界電流密度和不可逆場，其J_i和H_irr分別可達到10⁶A/cm²和5-7T，磁場中的載流能力明顯優于Bi2223線材(其H_irr(77K)僅為0.2T)。第二代高溫超導帶材突破了第一代Bi系材料只適用于直流和低溫的限制，使高溫超導在電力工程中的廣泛應用成為可能。更為可貴的是其可在價廉的Ni或Ni基合金，甚至不銹鋼帶上通過合適的緩沖層外延生長而成，材料成本明顯低于第一代高溫超導的銀包套線帶材，因此受到世界各國的重視與大力發展。?

涂層導體主要由金屬基帶、緩沖層和超導層三部分組成。其中緩沖層介于金屬基帶和超導層中間，具有隔離、提供外延生長基底等作用。前一作用是指緩沖層阻止金屬基帶元素擴散進入超導層，同時阻止氧擴散到金屬基帶，這要求其具有良好的化學穩定性，完整無裂紋和高致密度等特點；后一作用，是指為超導層生長提供一個適宜的生長環境，要求其具有良好的雙軸織構，并且與超導層的晶格匹配良好，其良好的織構和表面質量是獲得高性能超導層的先決條件。?

涂層導體緩沖層主要是一層或者多層二元或三元氧化物，如目前比較成熟的CeO₂/YSZ/Y₂O₃，CeO₂/La₂Zr₂O₇，CeO₂/Gd₂Zr₂O₇，LaMnO₃/MgO/Y₂O₃/Al₂O₃等。緩沖層的制備方法眾多，如離子束輔助沉積(IBAD)、脈沖激光沉積(PLD)、直流反應磁控濺射(DC?reactive?magnetron?sputtering)、金屬有機物沉積(MOD)等。?

雖然目前第二代高溫超導帶材的成本遠低于第一代高溫超導帶材，但仍然高于銅線的成本，因此進一步降低成本仍然是當前研發的一個主要方向。人們在不斷研究新的制備工藝，如提高成膜速率、低成本的新工藝或新材料等等。本發明提出了一種快速、低成本通過電沉積的方式制備單層或者多層緩沖層的新方法。該方法的優勢，尤其是磁場下電沉積緩沖層的優勢在于：沉積過程速度非?？?，表面粗糙度較低，不需要真空且十分易于進行連續化制備，這為進一步降低成本提供了一條新的途徑。?

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本連續化制備高質量緩沖層的方法，該方法制備緩沖層具有工藝簡單，適應性強，織構好，表面質量優異等特點。?

本發明采用的技術方案是：?

(1)采用金屬基帶為陰極，Pt、石墨、In摻雜的SnO₂(ITO)，F摻雜的SnO₂(FTO)等導電物質為惰性陽極，稀土離子的氯鹽、溴鹽等的水溶液或有機溶液為電解液進行電沉積，在金屬基底表面形成一層氧化物層。該方法與傳統的陽極氧化法完全不同，傳統的陽極氧化法是采用需要形成氧化層的金屬為陽極，對陽極奪取電子，使之氧化，從而形成一層氧化層。?

(2)在電沉積過程中施加磁場可以進一步降低表面的粗糙度，提高表面質量。這是由于在電沉積過程中施加磁場會對帶電粒子的運動產生多種影響，如磁流體動力學效應、磁化力作用、改變溶液物理化學性能及系統的熵從而影響化學反應過程、影響電極表面電流的分布等，因此對生長過程產生顯著影響，在本發明中發現其對表面粗糙度具有明顯的改善作用。?

(3)電沉積之后的樣品在還原氣氛保護下進行高溫熱處理，還原氣氛可以采用Ar氣，Ar+5％H₂混合氣，N₂氣等。通過熱處理，可以形成高度織構的氧化物緩沖層，且表面質量良好，從而為超導層的生長提供良好的生長環境。?

(4)通過重復上述過程可以制備多層氧化物緩沖層。?