[發明專利]一種生長第二代高溫超導帶材阻擋層復合膜的鍍膜方法

有效

• 申請號: 201910538056.5
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110205602B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 程春生;朱佳敏;高中赫;曹森;劉杰;姚林朋;趙躍
• 申請（專利權）人: 上海超導科技股份有限公司
• 主分類號: C23C14/56
• 分類號: C23C14/56;C23C14/35;C23C14/16;H01B12/06
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種生長第二代高溫超導帶材阻擋層復合膜的鍍膜方法，包括如下步驟：S1、將基帶安裝在驅動系統上，調節鍍膜環境的真空度；S2、開啟驅動系統，進行正向走帶；開啟陰極系統，經洗靶、鍍膜后制得第一阻擋層，結束后關閉陰極系統和驅動系統；S3、開啟驅動系統，進行反向走帶；開啟陰極系統，經洗靶、鍍膜后制得第二阻擋層，結束后關閉陰極系統和驅動系統。本發明有效降低了系統摩擦力，提高了帶材鍍膜面積、提高了生產效率、降低了帶材制造成本；同時通過往復運動實現復合膜層制備減少了抽空時間；一個腔體實現兩種材料制備，極大減少了設備占地。從而更加適合于大規模工業化生產第二代高溫超導帶材阻擋層復合膜。

技術領域

本發明涉及超導鍍膜領域，具體地，涉及一種生長第二代高溫超導帶材阻擋層復合膜的鍍膜方法。

背景技術

1911年荷蘭萊頓大學的卡末林·昂納斯教授在實驗室首次發現超導現象以來，超導材料及其應用一直是當代科學技術最活躍的前沿研究領域之一。1986年1月在美國國際商用機器公司設在瑞士蘇黎世實驗室中工作的科學家柏諾茲和繆勒，首先發現鋇鑭銅氧化物是高溫超導體，很快在1-2年的時間里，超導體的臨界轉變溫度被世界上各個研究組提高到了液氮溫度以上，從而擺脫了超導體對昂貴液氦制冷的需求。在過去的十幾年間，以超導為主的超導電力設備的研究飛速發展，在超導儲能、超導電機、超導電纜、超導限流器、超導變壓器、超導同步調相機等領域取得顯著成果。

目前進入商業化的高溫超導帶材分為鉍系和釔系。鉍系超導體即第一代高溫超導帶材，也稱BSCCO超導體；釔系超導體即第二代高溫超導帶材，也稱YBCO或REBCO超導體。

以BSCCO為材料的第一代超導帶材，采用銀包套生產工藝，具有較高的超導轉變溫度(Tc～110K)。特別是其層狀的晶體結構導致的片狀晶體很容易在應力的作用下沿銅－氧面方向滑移。所以，利用把Bi2223先驅粉裝入銀管加工的方法(PIT法)，經過拉拔和軋制加工，就能得到很好的織構。另外，在Bi2223相成相熱處理時，伴隨產生的微量液相能夠很好地彌合冷加工過程中產生的微裂紋，從而在很大程度上克服了弱連接的影響。正由于這兩個基本特性，使人們通過控制先驅粉末、加工工藝及熱處理技術，成功地制備出了高性能長帶。

以REBCO(RE為稀土元素)為超導層材料的第二代高溫超導帶材，因其具有相比鉍系帶材更強的載流能力、更高的磁場性能和更低的材料成本，在醫療、軍事、能源等眾多領域具備更廣更佳的應用前景。第二代高溫超導帶材，由于其作為超導載流核心的REBCO為陶瓷屬性，所以一般是在柔性金屬基底上采用多層覆膜的工藝生產，所以又被稱為涂層導體。第二代超導帶材一般由基帶、緩沖層(過渡層)、超導層以及保護層組成。金屬基底的作用是為帶材提供優良的機械性能。過渡層的作用一方面是防止超導層與金屬基底發生元素間的相互擴散，另一方面，過渡層需為超導層的外延生長提供好的模板。制備超導性能優良的涂層導體，需要超導層具有高度的雙軸織構。雙軸織構是指晶粒在a/b軸和c軸(c軸垂直于a/b面)兩個方向均有著近乎一致的排列。由于YBCO薄膜在a/b軸方向的排列程度(面內織構)相對較難實現，而面內織構較差會嚴重降低超導性能。因此需要YBCO超導薄膜在已經具有雙軸織構和匹配晶格的過渡層上外延生長。制備實現雙軸織構有兩種主流的技術路線，一種是軋制輔助雙軸織構基帶技術，另一種為離子束輔助沉積技術。REBCO超導層制備的常見技術分為多種，有脈沖激光沉積、金屬有機物化學氣相沉積、反應共蒸發等。保護層主要是用來保護超導膜層，一般在超導帶材表面鍍1-5um的銀層。隨后進行鍍銅或后續的封裝加強處理。

2001年日本科學家秋光純(Akimitsu)發現二硼化鎂超導體(MgB2)，臨界溫度Tc為39K。MgB2超導材料具有十分簡單的化學組成和晶體結構，晶界能承載較高的電流，原材料成本低廉。同時，MgB2相干長度比鈣鈦礦型結構的銅氧化物超導體相干長度大，這就意味著MgB2中更容易引入有效磁通釘扎中心。目前采用粉末裝管法(PIT法)、連續粉末裝管成型工藝(CTFF)或中心鎂擴散工藝(IMD)制備MgB2長帶。