生产包含高温超导体(HTS)层的复合物的方法技术

本发明专利技术涉及生产包含在具有指定双轴织构的基底上的基于稀土金属钡铜氧化物的高温超导体(HTS)层的复合物的方法，所述方法包括以下步骤：将第一HTS涂布溶液施涂于基底上，将第一HTS涂布溶液干燥以产生第一膜，将第一膜热解以产生第一热解子层，除去在第一热解子层上面的界面层以产生具有降低层厚度的第一热解子层，将第二HTS涂布溶液施涂于具有降低层厚度的第一热解子层上，将第二HTS涂布溶液干燥以产生第二膜，将第二膜热解以产生第二热解子层，如果合适的话在第二热解子层上形成一个或多个其它热解子层，和将由热解子层形成的整层结晶以完成HTS层，其中在步骤D)中除去界面层以这种方式进行使得织构转移至第一以及第二热解子层，所述织构由基底的预定双轴织构确定，以及可通过该方法生产的产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及生产包含高温超导体(HTS)层的复合物的方法，和可通过该方法得到的产物。现有技术带形式的高温超导体(HTS)，也称为涂布导体，包含带形式的(通常金属)载体，任选在先前施涂一个或多个中间或缓冲层以后，将至少一个超导功能层施涂于其上。生产涂布导体中的一个必要因素是要求超导层必须具有极高的双轴织构，即结晶取向。超导层的各个微晶仅能相对于彼此倾斜微小的角度，以便不削弱超导性能(HighTemperatureSuperconductivity1：Materials，A.V.Narlikar(编者)Springer-Verlag，2004，115-167)。为实现该高水平织构，追求两种不同的生产路线。在两个路线中，使用金属载体，但这样仅可实现稍后使用所需的最终产物的强度。此外，在两个路线中，在施涂超导层以前生产至少一个双轴织构化中间或缓冲层，其在形成它时将其织构转移至超导层。在第一路线中，原料为非织构化的，即未结晶取向的金属载体，随后将缓冲层以一定取向施涂于其上。该定向沉积仅可在高真空下借助物理涂布方法，例如离子束辅助沉积(IBAD)和倾斜基底沉积(ISD)进行。然而，这些方法与高设备复杂性水平有关。在第二路线中，金属载体已经通过特殊方法(例如参见DE10143680C1、CN1117879C、DE10005861A1)双轴构造。然后使载体的该织构在随后的步骤中首先转移至缓冲层，其后转移至超导层。由于不必使用定向沉积方法施涂其它层，此处可使用物理方法或者更特别是化学方法，例如化学溶液沉积(CSD)。化学方法如CSD方法在装置和操作成本方面是特别经济可行的，因为它们通常在标准压力下进行，并赋予高沉积速率。因此，目前开发工作的中心是涂布导体的生产，其中首先将一个或多个缓冲层，然后将超导层借助化学沉积施涂于织构化金属载体上。最终结晶退火则实现下面的层或者金属载体的双轴织构转移。缓冲层的功能首先是防止金属由于氧化而腐蚀，这会产生取向的损失。其次，必须防止金属离子如镍或铁扩散到超导层中，以便不削弱其质量。在最坏的情况下，会损失材料的超导性能。如已经解释的，CSD方法为沉积缓冲层(以及稍后沉积超导层)的一个选择。CSD方法容易再现并且可以以低技术复杂性规模化。层的生长速率比物理气相沉积方法中高得多，所以材料的生产量是较高的，这带来其它经济优点。目前，可通过CSD方法生产具有几百米的长度的带形式的高温超导体。在CSD方法中，原则上可区别以下三个步骤：1.涂布溶液的沉积2.干燥和热解3.反应和结晶特别是对于HTS层，目的是生产具有定向结晶的最大厚度(>1μm)的均匀层，以输送高临界电流。如果HTS层在一个操作中施涂，则发现热解是非常复杂的并且要求一小时或更久的相对长时间。此外，在相对长热解时间的情况下，可在整个层厚度上产生元素分布梯度，因此提高结晶反应中的所需扩散路径。步骤1和2因此有利地在各自具有薄层的两个或更多个操作中执行，因为干燥和热解释放大量气体。在几个操作中施涂产生基本无裂纹和无孔的中间层。现有技术(例如参见EP1667174A1)公开了用于该目的的方法，其中施涂至多十(10)个具有约100nm的厚度的层(报告的最大值为300nm)。然而，这些方法是非常耗时且昂贵的。然而，如果尝试以较厚的层(>300nm)进行步骤1和2以降低消耗的时间和成本，发现热解层表面上的输送方法可形成浓度梯度是有问题的，这例如是由不同挥发度的前体/有机金属配合物导致的，在热解步骤中尤其如此。这特别明显程度地例如对铜-有机氟配合物而言是真实的。在这种情况下，尤其存在界面层中CuO的富集。这些梯度防止在随后结晶步骤中界面层上的均匀结晶。相反，步骤3可在恰好一个步骤中进行，因为外来相浓缩在厚层(>1μm)结晶中的生长前沿(类似于分区熔融方法)。这意指该层的表面不再适于随后的外延生长。专利技术目的因此，本专利技术的目的是解决上述问题，即能够在各个子层的施涂和热处理以后在经受联合结晶方法的膜中的子层之间的界面层形成晶体，以实现整层的均匀结晶。专利技术主题根据本专利技术，该目的通过下述生产复合物的方法实现，所述复合物包含在具有指定双轴织构的基底上的基于稀土金属-钡-铜氧化物的高温超导体(HTS)层，所述方法包括以下步骤：A)将第一HTS涂布溶液施涂于基底上；B)将第一HTS涂布溶液干燥以产生第一膜；C)将第一膜热解以产生第一热解子层；D)除去在第一热解子层上面的界面层以产生具有降低层厚度的第一热解子层；E)将第二HTS涂布溶液施涂于具有降低层厚度的第一热解子层上；F)将第二HTS涂布溶液干燥以产生第二膜；G)将第二膜热解以产生第二热解子层；H)任选在第二热解子层上形成一个或多个其它热解子层；和I)将由热解子层形成的整层结晶以完成HTS层，其中步骤D)中界面层的除去以这种方式进行使得(在执行所述随后步骤的情况下)由基底的指定双轴织构确定的织构转移至第一以及第二热解子层。步骤I)在此处为其中织构随着结晶转移的步骤。步骤D)能赋予织构的转移。在本申请中，“基底”应当理解意指HTS层的任何载体材料。这尤其可以为本身由现有技术意指的金属载体或者中间或缓冲层。在本申请中，表述“HTS涂布溶液”应当理解意指在施涂、干燥、热解和结晶以后产生HTS层的任何溶液。本专利技术方法以令人惊讶的简单且有效的方式能使以至少两个子层一个沉积于另一个上并且仍未经受联合结晶的整层均化，尤其是通过在各分步骤以后除去存在的界面层形式的中间处理。该/这些中间处理意欲除去存在于表面上的具有不均匀材料性能的界面区域。不均匀性可涉及元素分布的偏差和/或在那里出现的材料化合物或者在那里出现的化学状态的偏差。本专利技术仅表现当基于可测量的参数明显不同于其余子层的界面层形成于生产时施涂并单独加工的各个子层或者至少一个子层中时，使得可进行可控去除。在本专利技术的一个优选方案中，在执行步骤H)的前一步除去各先前在第二或其它热解子层上面的界面层。优选在步骤D)中除去足够量的作为界面层的第一热解子层使得在去除以后第一热解子层的上部10nm中的平均(Ba+Cu):Y原子比为8以下，和/或在步骤H)以前除去足够量的作为界面层的各先前第二或其它热解子层，使得在除去以后，各先前第二或其它子层的上部10nm中的平均(Ba+Cu):Y原子比为8以下。将富含铜和富含钡的界面层去除至这一程度确保通过各个子层结晶的最佳缠结，而不必除去太多材料，如从以下实施例中阐明的光谱测量中获悉。当平均(Ba+Cu):Y原子比实际上为6以下时，实现最好的结果。还优选基于第一热解子层的层厚度，在步骤D)中除去1％至20％的作为界面层的第一热解子层，和/或基于各先前第二或其它子层的层厚度，在步骤H)以前除去1％至20％的作为界面层的各先前第二或其它热解子层。通过该措施，还可确保将中断通过整层结晶的界面层除去至足够的程度而不产生过多的材料损失。除去的材料的量优选为1％至10％，更优选2％至5％。界面层优选以机械、化学和/或物理方式除去。界面层优选通过超声波、研磨、辐射、蚀刻、酸洗、等离子体蚀刻或者溶于合适的溶剂中，任选相互或者与其它机械、化学或物理处理步骤组合而除去。在本专利技术的特别优选实施方案中，界面层在合适的溶剂，优本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产复合物的方法，所述复合物包含在具有指定双轴织构的基底上的基于稀土金属‑钡‑铜氧化物的高温超导体(HTS)层，所述方法具有以下步骤：A)将第一HTS涂布溶液施涂于基底上；B)将第一HTS涂布溶液干燥以产生第一膜；C)将第一膜热解以产生第一热解子层；D)除去在第一热解子层上面的界面层以产生具有降低层厚度的第一热解子层；E)将第二HTS涂布溶液施涂于具有降低层厚度的第一热解子层上；F)将第二HTS涂布溶液干燥以产生第二膜；G)将第二膜热解以产生第二热解子层；H)任选在第二热解子层上形成一个或多个其它热解子层；和I)将由热解子层形成的整层结晶以完成HTS层，其中步骤D)中界面层的除去以使得由基底的指定双轴织构确定的织构转移至第一以及第二热解子层的方式进行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.24 EP 14173771.81.生产复合物的方法，所述复合物包含在具有指定双轴织构的基底上的基于稀土金属-钡-铜氧化物的高温超导体(HTS)层，所述方法具有以下步骤：A)将第一HTS涂布溶液施涂于基底上；B)将第一HTS涂布溶液干燥以产生第一膜；C)将第一膜热解以产生第一热解子层；D)除去在第一热解子层上面的界面层以产生具有降低层厚度的第一热解子层；E)将第二HTS涂布溶液施涂于具有降低层厚度的第一热解子层上；F)将第二HTS涂布溶液干燥以产生第二膜；G)将第二膜热解以产生第二热解子层；H)任选在第二热解子层上形成一个或多个其它热解子层；和I)将由热解子层形成的整层结晶以完成HTS层，其中步骤D)中界面层的除去以使得由基底的指定双轴织构确定的织构转移至第一以及第二热解子层的方式进行。2.根据权利要求1的方法，其中在执行步骤H)的前一步除去在各先前第二或其它热解子层上面的界面层。3.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤D)中除去足够量的作为界面层的第一热解子层，使得在除去以后，第一热解子层的上部10nm中的平均(Ba+Cu):Y原子比为8以下，和/或在步骤H)以前除去足够量的作为界面层的各先前第二或其它热解子层，使得在除去以后，各先前第二或其它子层的上部10nm中的平均(Ba+Cu):Y原子比为8以下。4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中基于第一热解子层的层厚度，在步骤D)中除去1％至20％的作为界面层的第一热解子层，和/或基于各先前第二或其它子层的层厚度，在步骤H)以前除去1％至20％的作为界面层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·法尔特，O·蒂姆斯，M·贝克尔，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE