本发明专利技术公开了一种在无织构的金属基带上制备ＹＢＣＯ高温超导薄膜的方法，该方法首先在无织构金属基带上制备织构的ＹＢＣＯ缓冲层，然后以此为模板外延氧化物缓冲层和高温超导薄膜；在制备织构的ＹＢＣＯ缓冲层时，利用磁场可以使具有各向异性顺磁磁化率的ＹＢＣＯ晶粒在平行于磁场方向沿ｃ轴取向生长的原理，在平行于基片方向加一外磁场，以使ＹＢＣＯ在垂直于基片的方向上呈织构生长；然后以此为模板，在织构的ＹＢＣＯ缓冲层上外延ＹＳＺ和ＣｅＯ↓［２］缓冲层，进而制备ＹＢＣＯ超导薄膜；该方法为在无织构的金属基带上外延ＹＢＣＯ薄膜提供了一种方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高温超导带材的制备方法，该方法利用加磁场的办法在无织构的金属基带上制备织构的钇钡铜氧(YBCO)缓冲层，然后以此为模板外延的YBCO超导薄膜。
技术介绍
钇钡铜氧(YBCO)超导体在液氮温区有较强的本征钉扎特性，但它的晶粒很难通过常规的加工技术来实现取向，所以用金属套管法(powder-in-tube method，简称PIT法)虽然能够制备出长线(带)材，但其临界电流密度Jc值均小于107A/m2(77K，0T)，并且随磁场的增加迅速下降(文献1Texture development of HTS powder-in-tube conductors，Supercond.Sci.Technol.11(1998)989)。受在单晶基体上通过外延生长制备高Jc YBCO薄膜的启发，最近人们专利技术了在金属基带上生长YBCO薄膜的方法，称为继PIT法高温超导带材后的第二带高温超导带材。作为第二代高温超导带材，YBCO涂层导体具有高Jc、良好的Jc-B(临界电流密度随外磁场的变化)特性和低价格的特点。国外给予了高度关注，制定了今后五年详细的发展计划。美国每年投入研究经费1000万美元，日本每年投入研究经费10亿日元，开发了接近商业化水平的制造和检测设备，到2010年该类带材将商业化，并取代现有Bi2223带材。目前用于制备第二代YBCO高温超导带材的方法主要有离子束辅助沉积(ion-beam-assisted deposition，简称IBAD，文献2In-plane alignedYBa2Cu3O7-xthin films deposited on polycrystalline metallicsubstrates，Appl.Phys.Lett.60(1992)769)、表面氧化外延(surfaceoxidation epitaxy，简称SOE，文献3High critical current densityYBa2Cu3O7-δ films on surface-oxidized metallic substrates，physicaC 335(1996)39)、倾斜基片沉积(inclined substrate deposition，简称ISD，文献4YBCO-coated conductors fabricated by inclinedsubstrate deposition technique，Supercond.Sci.Technol.17(2004)S477)和轧制辅助双轴织构(rolling-assisted-biaxiallytextured substrates，简称RABiTS，文献5High critical currentdensity superconducting tapes by epitaxial deposition of YBa2Cu3Oxthick films on biaxially textured metals，Appl.Phys.Lett.69(1996)1795)。其中IBAD和ISD技术是分别利用离子束轰击和基片倾斜放置来实现在无织构的金属基带上沉积织构的缓冲层，进而再外延YBCO超导薄膜。但IBAD技术生长速率慢，且需要在反应室中安装一离子源，增加了实验难度；ISD技术虽然生长速率高，实验装置也相对IBAB简单，但最近Argonne实验室的科学家宣布美国能源部决定停止对ISD制备高温超导带材的经费支持，原因是ISD技术缺乏工业前景(文献6Argonne NL terminates ISD development，THEVA Newsletter Issue04/2004)。SOE技术和RABiTS技术都是先在织构的金属基带上外延缓冲层，然后再在其上外延YBCO超导薄膜。但金属织构基带的轧制工艺较为复杂，且很难得到织构良好的金属基带。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在无织构的金属基带上制备织构的缓冲层，然后以此作为模板外延YBCO超导薄膜的方法。本专利技术是根据磁场可诱导具有各向异性顺磁磁化率的高温超导材料沿外磁场方向择优取向的原理实现的。本专利技术的目的是这样实现的1.将机械抛光后的无织构的金属基带用纯度为99.99％的丙酮、酒精、去离子水超声处理后放置在反应室中的加热器上，并将加热器放置在可控磁场中；2.根据已知方法，向反应室内充入氢氩混合气体，并进行除去无织构的金属基带表面氧化物杂质操作；3.将反应室中混合气体的压强降到0.5-1.5Pa，并将基片温度升高到800-850℃，利用已知方法开始沉积30-50nm的YBCO缓冲层，同时施加0.2-8T磁场，磁场方向平行于基片；4.将反应室内的氢、氩混合气体抽出，并充入纯度为99.99％的高纯氧，去掉磁场，将反应室气压调整为60-70Pa，基片温度升高到850-870℃，利用已知方法在所述YBCO缓冲层表面沉积YBCO超导薄膜。其中，步骤1中的无织构的金属基带可以是不锈钢基带，也可以是银基带、镍基带或镍基合金基带。步骤2中的已知方法具体为1)将反应室真空抽至不低于5×10-4pa，然后通入100Pa的氢、氩混合气体(4％H2+96％Ar)；2)将基片温度升至650℃，然后在此温度下对基片退火1小时，以除去基片表面的氧化物杂质。由于在无织构的金属基带上只沉积一层YBCO缓冲层后，即沉积YBCO高温超导薄膜效果较差，因此，为了改善其效果，最好在已沉积的YBCO缓冲层上再沉积第二层YSZ薄膜和第三层CeO2薄膜缓冲层。具体方法为在完成上述步骤3后，用机械泵将反应室内的氢、氩混合气体抽走，然后充入1Pa纯度为99.99％的高纯氧，同时将基片温度降至700℃，撤掉外加磁场，开始沉积第二层和第三层缓冲层YSZ薄膜和CeO2薄膜。待后两层缓冲层沉积完后，将反应室气压调整到60-70Pa，基片温度升高到850-870℃，利用脉冲激光沉积YBCO超导薄膜。激光能量密度和频率分别为3×104J/m2和4Hz，沉积时间为40分钟。沉积完毕后，将基片温度降至500℃，通入105Pa的高纯氧，退火15-20分钟后将基片温度降至室温。上述YSZ缓冲层用来阻止不锈钢中的Fe、Ni等向YBCO薄膜中扩散，而CeO2缓冲层一是为了防止在YSZ/YBCO界面形成杂相BaZrO3，影响薄膜的Jc值，二是为了使缓冲层和YBCO超导薄膜晶格更加匹配。上述沉积第一、二、三缓冲层时，均利用脉冲激光方法进行沉积。本专利技术在无织构的金属基带上沉积第一层YBCO缓冲层时，通过外加方向平行于基片的0.2-8T磁场后，因磁场诱导YBCO晶粒c轴沿平行外磁场取向，故在垂直于基片方向YBCO薄膜呈a取向(或b取向)生长。这种在缺氧环境下生长的YBCO薄膜的超导性能很差甚至不超导，但它能为我们进一步在其上外延其它的缓冲层和YBCO超导薄膜提供一个良好的织构模板，从而为在无织构的金属基带上制备高质量的YBCO超导薄膜提供了一种制备织构缓冲层的有效方法。具体实施例方式实施例1在0.2T的外磁场下在不锈钢基片上制备YBCO缓冲层1、除去基片表面的氧化物杂质1)用纯度为99.99％的丙酮、酒精、去离子水，将机械抛光后的不锈钢基片进行超声处理；2)将反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在无织构的金属基带上制备ＹＢＣＯ高温超导薄膜的方法，包括以下步骤：１）将机械抛光后的无织构的金属基带用纯度为９９．９９％的丙酮、酒精、去离子水超声处理后放置在反应室中的加热器上，并将加热器放置在可控磁场中；２）根据已知方 法，向反应室内充入氢氩（Ｈ↓［２］＋Ａｒ）混合气体，并进行除去无织构的金属基带表面氧化物杂质操作；３）将反应室中混合气体的压强降到０．５－１．５Ｐａ，并将基片温度升高到８００－８５０℃，利用已知方法开始沉积３０－５０ｎｍ的ＹＢＣＯ缓 冲层，同时施加０．２－８Ｔ磁场，磁场方向平行于基片；４）将反应室内的氢、氩混合气体抽出，并充入纯度为９９．９９％的高纯氧，去掉磁场，将反应室气压调整为６０－７０Ｐａ，基片温度升高到８５０－８７０℃，利用已知方法在所述ＹＢＣＯ缓冲层表 面沉积ＹＢＣＯ超导薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周岳亮，王淑芳，刘震，赵嵩卿，韩鹏，吕惠宾，陈正豪，金奎娟，杨国桢，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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