一种涂层导体DyBCO超导层的生长方法及DyBCO涂层导体的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供一种涂层导体DyBCO超导层的生长方法及DyBCO涂层导体，具体涉及一种在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上制备DyBCO超导层的方法，有效克服YBCO超导层的厚度效应，提高超导载流能力。该制备方法利用磁控溅射沉积技术。先将反应室抽真空至真空度小于等于5×10-4Pa，将金属基带加热至600-700℃，20-30分钟后充入氩气和氧气至腔体气压稳定在30-60Pa，氧气氩气比例为1:2-1:3，以DyBCO为靶材，开始溅射。溅射结束后，降温至400-450℃并充入氧气至气压维持在700-750mbar，进行40-80分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温，得到具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长的DyBCO超导层。利用该方法能生产出DyBCO超导层的厚度大于2μm的涂层导体，该涂层导体是现有技术中所没有。
【专利说明】—种涂层导体DyBCO超导层的生长方法及DyBCO涂层导体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涂层导体DyBCO超导层的生长方法，尤其涉及到用磁控溅射法在立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长DyBCO超导层的方法，同时涉及到用该方法所产生的一种DyBCO涂层导体。
【背景技术】
[0002]当前，电力供应日趋紧张，然而大量电能却被浪费在传统电缆上。如果使用超导带材，不仅这些损耗完全可以避免，而且可以节约大量的金属材料。
[0003]当今超导带材的研究热点在基于YBCO (钇钡铜氧)体系的第二代高温超导带材，目前制备第二代Y系高温超导带材的主要方法是涂层导体的方法，涂层导体的最底层为金属基带层，然后是缓冲层、超导涂层和稳定层。但是基于YBCO体系的涂层导体存在厚度效应，即当其厚度大于一定值(约2pm)时临界电流密度、甚至临界电流出现减少的现象，这使人们试图通过增加厚度来提高超导载流能力的设想难于实现。
[0004]基于DyBCO (镝钡铜氧)体系的高温超导涂层导体能够有效地克服超导层的厚度效应。利用电子束蒸发技术在ISD-MgO缓冲层上制备的2 u m厚度的DyBCO超导层，在77K自场下其临界电流密度达2.5MA/cm2，单位宽度临界电流可达422A/cm。将DyBCO超导层的厚度提高到5.9 iim，其临界电流密度略微下降(1.7MA/cm2)，而单位宽度的临界电流高达1018A/cm[参考文献:DyBa2Cu307_x superconducting coated conductors with criticalcurrents exceeding 1000A cnT1，Supercond.Sc1.Technol.25, 105007 (2012)]。因此，基于DyBCO体系的高温超导涂层导体能有效的克服超导层的厚度效应，大大提高涂层导体的超导载流能力。
[0005]高温超导涂层导体超导层的外延生长方法大致分为需要真空系统和无需真空系统的生长两类方法。无需真空系统的生长方法主要是化学气相沉积(MOCVD)和金属有机物沉积(MOD)。MOCVD的沉积腔体无需高真空，可在形状不同的基体上镀膜，容易扩大涂层导体的长度和宽度。然而，MOCVD的原材料为Y、Ba、Cu的有机化合物，其中Ba有机源较难制备，价格昂贵，从而限制了该工艺的广泛使用。MOD为化学溶济法的一种，它无需真空设备，是当今常用的涂层导体的制备方法。采用三氟醋酸盐(Trifluoro-acetate)作为先驱物制备YBCO超导层的方法(TFA - MOD)由于TFA中C00 —根分解、膜重量减少和体积收缩等，容易出现宏观裂纹等缺陷，同时该工艺获得的YBCO薄膜的厚度有限。而通过在前驱溶剂中适度增加聚乙烯-乙二醇(polyethy Ieneglycol)有机物提高薄膜厚度所得到的的涂层导体超导层存在严重的厚度效应，其超导载流能力随着超导层厚度的增加反而降低。目前真空生长方法主要脉冲激光沉积(PLD)，然而它也存在一些缺点，首先是原子量级的沉积机制使薄膜生长速度较慢；其次是存在薄膜厚度效应，难以制成厚度2 以上的织构完好的超导薄膜。
【发明内容】
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上制备DyBCO超导层的方法，有效克服YBCO超导层的厚度效应，提高超导载流能力。采用磁控溅射的方法，以DyBCO为靶材，在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长DyBCO超导层。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:
[0008]一种涂层导体D7BCO超导层的生长方法，该方法的步骤如下:
[0009]步骤1:对具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上进行清洁处理；
[0010]步骤2:对磁控溅射腔体抽真空至真空度小于等于5X10_4Pa，将金属基带加热至6000C -700°C, 20-30分钟后充入氩气和氧气至腔体气压稳定在30_60Pa，氧气氩气比例为1:2-1: 3，以DyBCO为靶材，开始溅射5小时以上；
[0011]步骤3:溅射结束后，降温至400-450°C并充入氧气至气压维持在700-750mbar，进行40-80分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温，得到具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长的DyBCO超导层。
[0012]步骤2中的溅射时间为10小时，得到DyBCO超导层厚度为3 iim涂层导体。
[0013]步骤2中的溅射时间为15小时，得到DyBCO超导层厚度为5 iim涂层导体。
[0014]本发明提供一种在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长具有DyBCO超导层的涂层导体的方法，其优点在于:
[0015]1、在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长DyBCO超导层能够有效的克服超导层的厚度效应，溅射生长所得具有双轴织构的DyBCO超导层厚度为1-5 u m，有效提高涂层导体的超导载流能力；
[0016]2、采用磁控溅射技术生长DyBCO超导层具有较高的生长速率，能够降低生产成本；
[0017]3、采用磁控溅射技术生长DyBCO超导层工艺简单、生产过程中工艺参数容易控制。
[0018]根据本发明得到的厚度大于2 y m的DyBCO涂层导体是现有技术所没有，其优点在于随着超导层厚度的增加，DyBCO超导层具有很好的c轴取向和双轴织构水平，因此其临界电流密度没有明显的降低。因此，该涂层导体能够通过增加厚度实现超导载流能力的增加，有效克服YBCO超导带材的厚度效应。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1DyBCO超导层的XRD图谱
[0020]图2DyBC0超导层的R-T曲线
[0021]图3DyBC0超导层的临界电流密度随磁场的变化曲线
【具体实施方式】
[0022]本发明步骤I中所使用的具有立方织构的金属基带包括具有立方织构的镍金属、镍合金或者铜及其合金；具有立方织构氧化物隔离层包括氧化铈(CeO2)、钇稳定的氧化锆(YSZ)、三氧化二钇(Y2O3)或者氧化镁(MgO)。
[0023]对具有立方织构氧 化物隔离层的金属基带上进行清洁处理，依顺序采用99.99%的丙酮、酒精以及去离子水进行超声处理，要求清洁处理的表面不留水迹、污溃。当然也可以采取其他本领域所知晓和通用的处理方式。
[0024]本发明步骤2中:采用腔体内的加热装置对金属基带加热，加热装置对金属基带所提供的均匀加热温度区域是溅射沉积区域的3-4倍。靶材和衬底的距离即靶基距为50-100mm。所述溅射功率为70-120W。
[0025]下面结合本发明所采用的技术方案，以不同的实施例进行具体阐述:
[0026]实施例1
[0027]本实施例为在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上制备厚度为Iiim的DyBCO超导层。采用常规的磁控溅射沉积工艺，在磁控溅射设备中进行。具体工艺如下:
[0028](1)、将DyBCO靶材装在反应室的靶托上；
[0029](2)、依顺序采用99.99%的丙酮、酒精以及去离子水对具有立方织构氧化物隔离层的金属基带进行超声清洗，经清洁处理后的基带放置在磁控溅射反应室的加热装置上备用；
[0030](3)、将反应室抽真空至5 X l0-4Pa，将金属基带加热至600°C -700°C，20-30分钟后充入氩气和氧气至腔体气压稳定在30Pa-60pa，氧气氩气比例为1:2_1:3。利用磁控溅射开始沉积DyBCO超导层，溅射时间为5小时，所得DyBCO超导层厚度约为1 μ m。
[0031](4)、溅射结束后，降温至400°C _450°C并充入氧气至气压维持在700_750mbar，进行40-80分钟退火处理。镀膜结束，将温度降至室温，得到具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长的厚度为Ium的DyBCO超导层。
[0032]实施例2
[0033]本实施例为在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上制备厚度为3μm的DyBCO超导层。采用常规的磁控溅射沉积工艺，在磁控溅射设备中进行。具体工艺如下:
[0034]本实施例的制备方法除步骤(3)与实施例1不同，其余重复实施例1中的步骤，具体工艺如下:
[0035](1)、重复实施例1中的步骤(1);
[0036](2)、重复实施例1中的步骤(2);
[0037](3)、将反应室抽真空至5 X l0-4Pa，将金属基带加热至600°C -700°C，20-30分钟后充入氩气和氧气至腔体气压稳定在30Pa-60pa，氧气氩气比例为1:2_1: 3，利用磁控溅射开始沉积DyBCO超导层，溅射时间为10小时，所得DyBCO超导层厚度约为3 u m。
[0038](4)、重复实施例1中的步骤⑷获得厚度为3 μm的DyBCO超导层。
[0039]实施例3
[0040]本实施例为在具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上制备厚度为5iim的DyBCO超导层。采用常规的磁控溅射沉积工艺，在磁控溅射设备中进行。具体工艺如下:
[0041]本实施例的制备方法除步骤(3)与实施例1不同，其余重复实施例1中的步骤，具体工艺如下:
[0042](I)、重复实施例1中的步骤(1)；
[0043](2)、重复实施例1中的步骤⑵；
[0044](3)、将反应室抽真空至5 X 10_4Pa，将金属基带加热至600°C -700°C，20-30分钟后充入氩气和氧气至腔体气压稳定在30Pa-60pa，氧气氩气比例为1:2_1: 3，利用磁控溅射开始沉积DyBCO超导层，溅射时间为15小时，所得DyBCO超导层厚度约为5 u m。
[0045](4)、重复实施例1中的步骤⑷获得厚度为5 ii m的DyBCO超导层。
[0046]根据本发明技术方案所得的DyBCO超导层，如图1所示的XRD图谱，可以看出DyBCO超导层具有很好的c轴取向；进一步的《扫描和0扫描表明DyBCO超导层具有很好的双轴织构。
[0047]根据上述实施例所得到的厚度为I U mDyBCO超导层，如图2所示DyBCO超导层R-T曲线，DyBCO超导层的零电阻转变温度约为86.0K。如图3超导层的临界电流密度随磁场的变化关系曲线所示，其临界电流密度在零场、77K时约为1.0X 106A/cm2。
[0048]根据本发明实施例2和实施例3还能得到厚度大于2 y m的DyBCO涂层导体，该涂层导体是现有技术所没有，其优点在于随着超导层厚度的增加，DyBCO超导层具有很好的c轴取向和双轴织构水平，因此其临界电流密度没有明显的降低。因此，该涂层导体能够通过增加厚度实现超导载流能 力的增加，有效克服YBCO超导带材的厚度效应。
【权利要求】
1.一种涂层导体DyBCO超导层的生长方法，该方法的步骤如下: 步骤1:对具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上进行清洁处理； 步骤2:对磁控溅射腔体抽真空至真空度小于等于5X 10_4Pa，将金属基带加热至6000C -700°C, 20-30分钟后充入氩气和氧气至腔体气压稳定在30_60Pa，氧气氩气比例为1:2-1: 3，以DyBCO为靶材，开始溅射5小时以上； 步骤3:溅射结束后，降温至400-450°C并充入氧气至气压维持在700-750mbar，进行40-80分钟退火处理，镀膜结束，将温度降至室温，得到具有立方织构氧化物隔离层的金属基带上生长的DyBCO超导层。
2.根据权利要求1所述一种涂层导体DyBCO超导层的生长方法，其特征在于步骤2中溅射时间为10小时。
3.一种根据权利要求2中所述方法生产的DyBCO涂层导体，其特征在于DyBCO超导涂层的厚度为3 U m。
4.根据权利要求1所述一种涂层导体DyBCO超导层的生长方法，其特征在于:步骤2中溅射时间为15小时。
5.一种根据权利要求4中所述方法生产的DyBCO涂层导体，其特征在于=DyBCO超导涂层的厚度为5 ii m。
【文档编号】C23C14/35GK103614697SQ201310557573
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月8日 优先权日:2013年11月8日
【发明者】刘胜利, 王海云, 厉建峥 申请人:南京邮电大学