适用于脉冲激光镀膜的加热装置及其脉冲激光镀膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种适用于脉冲激光镀膜的加热装置及其脉冲激光镀膜装置，包括镀膜腔体(3)；镀膜腔体(3)包括加热系统(35)；加热系统(35)对基带(336)进行加热。所述加热系统(35)，包含加热滚筒(351)、加热灯管组(352)、热反射墙(354)。在基带(336)的宽度方向上，反射墙水冷管(3541)位于补偿加热灯管(353)的外侧，使得基带(336)所在处的温度梯度的数值在热反射墙(354)处降低，且在热反射墙(354)与靶材(341)之间处升高，使得温度梯度等值或者趋向于等值，能够提高镀膜产品的质量。

【技术实现步骤摘要】
适用于脉冲激光镀膜的加热装置及其脉冲激光镀膜装置
本专利技术涉及超导材料
，更具体地，涉及适用于脉冲激光镀膜的加热装置及其脉冲激光镀膜装置，尤其是涉及一种第二代高温超导带材超导层的适用于脉冲激光镀膜的加热装置及其脉冲激光镀膜装置。
技术介绍
1911年荷兰莱顿大学的卡末林·昂纳斯教授在实验室首次发现超导现象以来，超导材料及其应用一直是当代科学技术最活跃的前沿研究领域之一。在过去的十几年间，以超导为主的超导电力设备的研究飞速发展，在超导储能、超导电机、超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导磁悬浮、核磁共振等领域取得显著成果。相对于低温超导材料而言，高温超导材料的冷却媒介由成本较高的液氦变为了成本较低的液氮，因此在高温超导材料发现之后，人们就致力于实现高温超导电性的应用。目前进入商业化的高温超导带材分为铋系和钇系。铋系超导体即第一代超导材料，也称BSCCO超导体；钇系超导体即第二代超导材料，也称YBCO或ReBCO超导体。以BSCCO为材料的第一代超导带材，采用银包套生产工艺，具有较高的超导转变温度(Tc～110K)。特别是其层状的晶体结构导致的片状晶体很容易在应力的作用下沿铜－氧面方向滑移。所以，利用把铋－2223先驱粉装入银管加工的方法(PIT法)，经过拉拔和轧制加工，就能得到很好的织构。另外，在铋－2223相成相热处理时，伴随产生的微量液相能够很好地弥合冷加工过程中产生的微裂纹，从而在很大程度上克服了弱连接的影响。正由于这两个基本特性，使人们通过控制先驱粉末、加工工艺及热处理技术，成功地制备出了高性能长带。但是铋系超导材料不可逆场Hirr低，材料的Jc(B)特性在77K和0.1T以上的外磁场下性能将有严重的退化。虽经过种种努力，如引入有效钉扎中心等，但迄今为止铋系带材能不能有效的在77K高磁场下运用，这也严重影制约了铋系带材的应用范围。以ReBCO(Re为稀土元素)为材料的第二代超导带材，也被称为涂层导体，因其具有相比铋系带材更强的载流能力、更高的磁场性能和更低的材料成本，在医疗、军事、能源等众多领域具备更广更佳的应用前景。作为第二代高温超导的材料，YBCO晶体具有典型的缺氧钙钛矿结构，其b轴点阵常数略大于a轴，c轴的点阵常数约为a或b轴的3倍，晶格常数分别为正交相的YBCO晶格具有超导特性。通常认为正交相的YBCO是由四方相畸变而来的，其在结构上是不稳定的。但可以通过控制工艺条件来控制YBCO晶体由四方相到正交相的转变。YBCO的生长模式中，最常见的是延a轴生长和c轴生长两种模式。因为YBCO薄膜延a轴和b轴的晶格常数相近，因此YBCO薄膜的沿a轴或者b轴生长，统称为沿a轴生长，即YBCO薄膜的a轴或者b轴垂直于基底生长。YBCO薄膜延c轴生长，统称为沿c轴生长，即YBCO薄膜的c轴垂直于基底生长。当YBCO薄膜沿a轴生长时，会形成单轴织构，容易引入大角度晶界，不利于电流在a-b面内传输；当YBCO薄膜沿c轴生长时，形成了双轴织构，YBCO会有较高的Jc，因此一般希望YBCO薄膜沿c轴方向双轴织构生长。第二代超导带材，由于其作为超导载流核心的ReBCO本身硬且脆，所以一般是在镍基合金基底上采用多层覆膜的工艺生产，所以又被成为涂层导体。第二代超导带材一般由金属基带、缓冲层(过渡层)、超导层以及保护层组成。金属基底的作用是为带材提供优良的机械性能。过渡层的作用一方面是防止超导层与金属基底发生元素间的相互扩散，另一方面最上方的过渡层须为超导层的外延生长提供好的模板，提高YBCO晶粒排列质量。制备超导性能优良的涂层导体，需要超导层具有一致的双轴织构。由于YBCO薄膜在a/b轴方向的排列程度(面内织构)相对较难实现，而面内织构较差会严重降低超导性能。因此需要YBCO超导薄膜在已经具有双轴织构和匹配晶格的过渡层上外延生长。制备实现双轴织构有两种主流的技术路线，一种是轧制辅助双轴织构基带(RABiTS)技术，另一种为离子束辅助沉积(IBAD)技术。ReBCO超导层制备的常见技术分为多种，有脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、金属有机物分解(MOD)、磁控溅射(Magnetronsputtering)、反应共蒸发等(Co-evap)。最后一层是保护层，主要是用来保护超导层，一般在超导带材表面镀1-5um的银层。在YBCO涂层导体中，基带是基础部分，缓冲层是关键部分，超导层是最重要的部分。无论是RABiTS技术，还是IBAD技术，都是为了获得高质量的涂层导体做准备。随着涂层导体技术的不断发展，技术所有的物理、化学外延技术都用来研究YBCO涂层导体。磁控溅射设备相对简单，成本低，成膜致密。但沉积速率低，存在负氧离子的反溅射效应，导致薄膜成分有严重偏离化学计量比的现象。因此实际工业化生产中很少的去利用该设备。金属有机物化学气相沉积为化学沉积技术，其化学成分容易控制，但前驱物为金属有机物，源的价格十分昂贵，技术难度十分大，国际上少有研究组能掌握该项技术。金属有机物分解为非真空技术，前驱物为三氟乙酸盐(TFA)，再经热处理。此方法能大大的降低设备成本，但其制备薄膜可靠性、稳定性需要进一步增加。脉冲激光沉积法广泛的应用与氧化物膜的制备工艺，是将准分子脉冲激光器所产生的高功率脉冲激光束聚焦作用于靶材料表面，使靶材料表面产生高温烧蚀，并进一步产生高温等离子体，这种等离子体定向局域膨胀发射并在衬底上沉积而形成薄膜。相比于其他各种镀膜方法，脉冲激光沉积具有的优势有：1、靶、膜成分一致。这是PLD区别其他镀膜技术最重要的一点，也是PLD最大的优势。其原因在于脉冲激光沉积是瞬间产生等离子体，由于瞬间蒸发，没有择优蒸发效应，并且由于瞬间爆炸式膨胀所具有的轴向约束效应，使得靶材的成分与薄膜的成分基本一致。2、蒸发物能量高。PLD镀膜时所产生的离子能量高大10-1000eV，中性原子能量也高达1-10eV，高的离子动能具有增强二维生长，抑制三维生长的作用，因此能获得连续致密的薄膜。3、薄膜生长过程可同时引入多种气体。由于在镀膜过程中可以在原位引入各种活性或惰性气体或是两者混合气体。这样镀膜时与其他镀膜技术相比，压强可以有最大的变化范围，这对提高薄膜质量具有重要意义。4、靶材易更换。由于有这个特点，原位生长时容易产生原子级别的清洁界面，PLD也更适合实现多层膜和超晶格的生长。5、PLD的沉积条件相对容易控制，使得其具有可产业化的优势。6、PLD可以蒸发金属、陶瓷、半导体、无机材料，特别是对高熔点材料又很大优势。目前第二代高温超导带材已进入规模化生产阶段，针对设备大家的关注不仅仅是做出超导特性，更多的关注在于制备带材性能，制备效率和成品率。例如目前高温超导应用期待的单根带材长度为公里级，期待的带材临界电流为每厘米宽度下数百安培甚千安培以上。制备效率和成品率折算的产能形成的产出比上整条生产装置的投入，需要有一定的经济性。无论从设备的价值，还是从工艺的复杂度，产能角度，制作超导层往往是整个二代高温超导带材的瓶颈所在。围绕这些，在先技术中仍有许多的问题需要解决和克服。一般来说提高YBCO薄膜的临界电流Ic方法有直观的两种：一种提高YBCO薄膜的临界电流密度Jc，另一种是提高YBCO薄膜的厚度。除此之外还有一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，包括镀膜腔体(3)；镀膜腔体(3)包括加热系统(35)；加热系统(35)对基带(336)进行加热。

【技术特征摘要】
1.一种适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，包括镀膜腔体(3)；镀膜腔体(3)包括加热系统(35)；加热系统(35)对基带(336)进行加热。2.根据权利要求1所述的适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，所述加热系统(35)，包含加热滚筒(351)、加热灯管组(352)、热反射墙(354)；加热滚筒(351)内安装了加热灯管组(352)对滚筒进行了加热，从而加热了紧贴于滚筒上的基带(336)；加热滚筒(351)外侧由热反射墙(354)，靶材(341)组合形成对加热滚筒(351)包裹；热反射墙(354)表面留有开口让脉冲激光光束(21)通过打到靶材(341)表面；热反射墙(354)外壁贴着反射墙水冷管(3541)以调节热反射墙(354)自身温度。3.根据权利要求1所述的适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，所述加热系统(35)，还包含补偿加热灯管(353)；补偿加热灯管(353)安装于热反射墙(354)与靶材(341)之间以及各热反射墙(354)之间；反射墙水冷管(3541)设置于热反射墙(354)的外侧壁。4.根据权利要求3所述的适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，在基带(336)的宽度方向上，反射墙水冷管(3541)位于补偿加热灯管(353)的外侧，使得基带(336)所在处的温度梯度的数值在热反射墙(354)处降低，且在热反射墙(354)与靶材(341)之间处升高，使得温度梯度等值或者趋向于等值。5.根据权利要求2所述的适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，热反射墙(354)构成加热灯管组(352)的包裹腔体(355)；包裹腔体(355)设置有通光孔、靶材对接孔，脉冲激光光束(21)通过该通光孔进入包裹腔体(355)内部后，经过靶材对接孔(3551)到达位于包裹腔体(355)外部的靶材(341)；靶材(341)与靶材对接孔(3551)之间的间隙形成允许靶材(341)移动的行程空间(356)；补偿加热灯管(353)对行程空间(356)加热。6.根据权利要求1所述的适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，所述镀膜腔体(3)，包括腔室本体(31)、真空系统(32)、走带系统(33)、走靶系统(34)；腔室本体(31)在真空系统(32)的作用下抽真空，走带系统(33)将多道往复的卷绕基带(336)动态在沉积镀膜区通过，加热系统(35)对沉积镀膜区的基带(336)进行加热，走靶系统(34)将靶材(341)进行转动和/或平动使整个靶材(341)表面均匀接收到脉冲激光形成羽辉(211)，将靶材(341)的材料溅射到多道往复动态通过沉积镀膜区的卷绕基带(336)上，形成超导层。7.根据权利要求6所述的适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，所述多道往复动态通过沉积镀膜区的卷绕基带(336)沿直线排布，羽辉(211)仅溅射到所述多道往复动态通过沉积镀膜区的卷绕基带(336)中沿直线方向排布位于中间的几道基带(336)上。8.根据权利要求1所述的适用于脉冲激光镀膜的加热装置，其特征在于，所述走带系统(33)，包含两个独立收放卷系统(331)、卷对卷多道往复机构(33...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱佳敏，赵跃，陈思侃，高中赫，陈永春，陈明慧，常同旭，姚林朋，吴祥，
申请(专利权)人：上海超导科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31