用于制备高温超导体线材的方法技术

本发明专利技术属于用于制备高温超导体线材的方法领域。具体而言，本发明专利技术涉及一种用于制备高温超导体线材的方法，其包括将包含钇或稀土金属、碱土金属和过渡金属的膜加热至至少700℃的温度并将该膜冷却至300℃以下的温度，其中加热和冷却至少进行两次。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备高温超导体线材的方法本专利技术属于用于制备高温超导体线材的方法的领域。高温超导(HTS)膜有望用于例如电动机、电子工业、电缆中。具有高临界电流(Ic)的厚(即>1μm)HTS膜在需要高载流能力的应用，例如输配电线、变压器、故障电流限制器、磁体、发动机和发电机中是优选的。对于工业生产，必须提供可以以高体积速度制备高性能超导带的方法。该方法包括影响超导体性能的加热工艺步骤。从现有技术中已知加热工艺步骤。R.Feenstra等在IEEETransactionsOnAppliedSuperconductors第19卷(2009)第3131-3135页中描述了一种用于以实验室规模制备超导线材的加热方法。该方法由多个工艺步骤组成，所述步骤在可变气体环境中在各种温度下作为时间的函数进行。然而，为了获得高质量的超导体，对炉的每个区域，必须单独地小心调节炉中的气氛。US2011/160066和WO2008/100281公开了在气相中不含水的后退火方法。然而，在第一退火步骤期间，超导体层已经完全形成，使得后退火对超导体层具有较小的影响。本专利技术的目的是提供一种用于大规模生产具有高性能和可靠质量的产品的高温超导体线材的方法。其目的在于一种在炉的不同区域中不需要复杂地调节气氛的方法，从而可以采用低成本炉体系。此外，该方法应为灵活的，并易于适应不同类型的超导体线材。这些目的通常通过一种用于制备高温超导体线材的方法来实现，该方法包括将包含钇或稀土金属、碱土金属和过渡金属的膜加热至至少700℃的温度并将该膜冷却至300℃以下的温度，其中加热和冷却进行至少两次。特别地，这些目的通过一种用于制备高温超导体线材的方法来实现，该方法包括将包含钇或稀土金属、碱土金属和过渡金属的膜加热至至少700℃的温度并将该膜冷却至300℃以下的温度，其中加热和冷却进行至少两次，并且在第一次加热至至少700℃的温度期间的水的分压(表示为P1,w)，在第一次加热至至少700℃的温度期间的总压(表示为P1)，在第二次加热至至少700℃的温度期间的水的分压(表示为P2,w)和在第二次加热至至少700℃的温度期间的总压(表示为P2)满足以下关系其中P1,w、P1、P2,w和P2以毫巴表示。本专利技术的优选实施方案可以在说明书和权利要求书中找到。不同实施方案的组合在本专利技术的范围内。本专利技术膜可以通过各种方法如化学气相沉积、蒸发、溅射(sputtering)或化学溶液沉积而制备。化学溶液沉积是优选的，因为其以相对低的成本允许高生产速度。为了通过化学溶液沉积制备膜，将包含含钇或稀土金属的化合物、含碱土金属的化合物和含过渡金属的化合物的溶液沉积在基材上。这些化合物包括氧化物、氢氧化物、卤化物、羧酸盐、烷氧基化物、硝酸盐或硫酸盐。优选羧酸盐，特别是乙酸盐或丙酸盐。羧酸盐和烷氧基化物可以被取代，优选被氟取代，例如二氟乙酸盐、三氟乙酸盐，或者部分或完全氟化的丙酸盐。当使用化学溶液沉积时，含钇或稀土金属的化合物、含碱土金属的化合物或含过渡金属的化合物中的至少一种包含氟。优选地，含碱土金属的化合物包含氟，例如三氟乙酸盐。优选地，钇或稀土金属是钇、镝、钬、铒、钆、铕、钐、钕、镨或镧，特别是钇。也可以使用钇或稀土金属中的多于一种，例如钇和钆。优选地，碱土金属是钡。优选地，过渡金属是铜。该溶液可包含其他元素，优选作为可溶性化合物。这些元素可以是例如钙、铁或钴。有时，这些元素代替了高温超导体中钇或稀土金属、碱土金属或过渡金属中的一种或多种的部分。考虑到相应金属在待制备的超导体中的摩尔组成，溶液以视为对超导体的生长和/或性能最佳的摩尔比包含含钇或稀土金属的化合物、含碱土金属的化合物和含过渡金属的化合物。因此，它们的浓度取决于待制备的超导体。通常，它们在溶液中的浓度彼此独立地为0.01-10mol/l，优选0.1-1mol/l。溶液优选包含溶剂，例如水、乙腈、四氢呋喃、1-甲基-2-吡咯烷酮、吡啶或醇如甲醇、乙醇、2-甲氧基乙醇、异丙醇、丁醇、戊醇或高级醇(例如C6-C12醇)或其混合物。优选醇，特别是甲醇。前体溶液可以包含稳定剂、润湿剂和/或其他添加剂。这些组分的量可以在相对于所使用的干燥化合物的总重量为0-30重量％的范围内变化。可能需要添加剂以调节粘度。添加剂包括路易斯碱；胺，如TEA(三乙醇胺)、DEA(二乙醇胺)；表面活性剂；聚羧酸，如PMAA(聚甲基丙烯酸)和PAA(聚丙烯酸)，PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，乙基纤维素。优选地，在沉积于基材上之前将溶液加热和/或搅拌例如至回流。此外，油墨可以进一步包含各种添加剂以增加溶液的稳定性并促进沉积过程。这些添加剂的实例包括润湿剂、胶凝剂和抗氧化剂。溶液的沉积可以以各种方式进行。溶液可以例如通过浸涂(将基材浸渍在溶液中)、旋涂(将溶液施加到旋转基材)、喷涂(使溶液喷洒或雾化在基材上)、毛细管涂覆(通过毛细管施加溶液)、狭缝模头涂覆(通过窄缝施加溶液)和喷墨印刷。优选狭缝模头涂覆和喷墨印刷。优选地，在沉积之后，在溶剂沸点以下，例如溶剂沸点以下10-100℃，优选溶剂沸点以下20-50℃的温度下蒸发溶液。优选地，膜中的过渡金属与钇或稀土金属的摩尔比为3:0.7-3:2，更优选3:1.0-3:1.5，特别是3:1.2-3:1.4。优选地，沉积在基材上的过渡金属和碱土金属的摩尔比为3:1-3:2.5，更优选3:1.5-3:2.0，特别是3:1.7-3:1.9。优选地，该膜进一步包含能够形成钉扎中心的物质。钉扎中心通常增加超导体的临界电流密度和/或临界磁通密度。能够形成钉扎中心的物质包括可溶性金属盐、前体溶液中的过量金属或者纳米颗粒。在纳米颗粒的情况下，溶液是悬浮液。构成钉扎中心的材料的实例包括ZrO2、稳定的ZrO2、HfO2、BaZrO3、Ln2Zr2O7、CeO2、BaCeO3、Y2O3或RE2O3，其中RE代表一种或多种稀土金属。膜通常位于基材上。基材可以由能够支撑缓冲层和/或超导层的任何材料形成。例如，合适的基材公开在EP830218，EP1208244，EP1198846，EP2137330中。通常，基材是金属和/或合金条/带，其中金属和/或合金可以是镍、银、铜、锌、铝、铁、铬、钒、钯、钼、钨和/或它们的合金。优选地，基材是镍基的。更优选地，基材是镍基的并且包含1-10原子％，特别是3-9原子％的钨。层压的金属带、涂覆有第二金属(如电镀涂层)的带或具有合适表面的任何其他多材料带也可用作基材。基材优选经纹饰，即它具有纹饰表面。基材通常为20-200μm，优选40-100μm厚。长度通常大于1m，例如100m，宽度通常为1cm至1m。优选地，在将包含钇或稀土金属、碱土金属和过渡金属的膜沉积到其上之前，例如通过电抛光使基材表面平坦化。通常有利的是使由此平坦化的基材经受热处理。该热处理包括将基材加热至600-1000℃并保持2-15分钟，其中时间是指基材处于最大温度下的时间。优选地，在还原气氛，如含氢气氛下进行热处理。可以重复平坦化和/或热处理。优选地，基材的表面具有根据DINENISO4287和4288以均方根计小于15nm的粗糙度。粗糙度是指在基材表面的晶粒边界内的10×10μm的面积，使得金属基材的晶界不影响所述的粗糙度测量。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备高温超导体线材的方法，包括将包含钇或稀土金属、碱土金属和过渡金属的膜加热至至少700℃的温度，并将该膜冷却至300℃以下的温度，其中加热和冷却进行至少两次，并且表示为P1,w的在第一次加热至至少700℃的温度期间的水的分压、表示为P1的在第一次加热至至少700℃的温度期间的总压、表示为P2,w的在第二次加热至至少700℃的温度期间的水的分压、表示为P2的在第二次加热至至少700℃的温度期间的总压具有以下关系

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.26 EP 15161129.01.一种用于制备高温超导体线材的方法，包括将包含钇或稀土金属、碱土金属和过渡金属的膜加热至至少700℃的温度，并将该膜冷却至300℃以下的温度，其中加热和冷却进行至少两次，并且表示为P1,w的在第一次加热至至少700℃的温度期间的水的分压、表示为P1的在第一次加热至至少700℃的温度期间的总压、表示为P2,w的在第二次加热至至少700℃的温度期间的水的分压、表示为P2的在第二次加热至至少700℃的温度期间的总压具有以下关系其中P1,w、P1、P2,w和P2以毫巴表示。2.根据权利要求1的方法，其中将膜加热至至少700℃的温度并冷却至300℃以下的温度，使得在第一次加热至至少700℃的温度期间高温超导体的籽晶在膜中生长，而大部分膜构成不同的相。3.根据权利要求1或2的方法，其中第一次加热至至少700℃的温度包括至少一个温度平稳段，并且第二次加热至至少700℃的温度包括至少一个温度平稳段，其中表示为TI的在第一次加热至至少700℃的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·芬斯特拉，M·萨德瓦塞尔，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