用等离子喷涂制造复合氧化物超导薄膜的方法技术

一种利用等离子现象将超导材料在基材表面上金属化的方法，包括连续地向一个金属化喷管通入操作气和复合氧合物超导材料粉末，利用电弧将操作气转化为高温等离子体；通过后者将超导材料粉末熔化，并将其喷在基材表面上；将形成的超导材料膜加热到至少７００℃，再缓慢冷却至室温。所述方法改进之处的特征在于，在所述操作气中至少混入３０％（体积）的氧气。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用超导现象在基材表面上将超导材料金属化的方法。超导材料已经以超导磁体的形式实际应用于粒子加速器和医疗诊断装置等领域。超导材料在发电机、能量存储、直轨式电动悬浮机车、磁力分离器、核聚变反器装置、电力传输电缆和磁屏蔽等领域具有潜在的应用前景。此外，预计利用Josephson效应可将超导元件应用于超高速计算机、红外探测器和低噪音放大器等领域。这些潜在的用途一旦得到开发，则它对工业和社会的影响将是不可估量的。迄今所开发的典型超导材料之一是一种Nb-Ti合金，目前它被广泛地用作磁化线。这种Ni-Ti合金的临界温度(即呈现超导态的临界温度，下文将其简称为“Tc”)为9K。还开发了一种“Tc”比Nb-Ti合金更高的化合物型超导材料，包括Nb3Sn(Tc∶18K)和V3Ga(Tc∶15K)，它们现在已经以丝线的形式实际使用。最近开发了一种含CuxOy基团的复合氧化物超导材料，其“Tc”比上述金属型和化合物型超导材料又有进一步的提高。例如，一种Y-Ba-Cu-O型超导材料的“Tc”约为93K。由于氮的液化温度为77K，所以可以用比液氦便宜的液氮作为上述复合氧化物超导材料的冷却介质。为了利用等离子现象在基材表面上将复合氧化物超导材料金属化，通常采用下列方法，它包括从一个金属化喷管的尾部连续地向其腔体通入一种惰性气体作为操作气;从所述金属化喷管的头部连续地向其腔体通入一种含CuxOy基团的复合氧化物超导材料粉末;在所述金属化喷管的腔体内产生电弧，从而将该腔体内的所述操作气转化为一种高温等离子气体;借助于所述已转化为高温等离子体的操作气将该腔体内的所述超导材料粉末熔化;利用所述已转化为高温等离子体的操作气流将上述已熔化的超导材料粉末，通过所述金属化喷管均匀地喷在一种基材的表面上，在所述基材的表面上形成一层所述超导材料膜。附图说明图1是一个示意剖面图，用以说明上述利用等离子现象将超导材料在基材表面上金属化的常规方法。在图1中，2是一个装在容器1中的金属化喷管，3是一个储存操作气的压力罐，4是一个储装超导材料粉末的储罐，7是一块装在容器1中的基片，其表面对着喷管2，6是安装在容器1外面的电源。如图1所示，从压力罐3将一种惰性气体(如氩气)作为操作气通过金属化喷管2的尾部连续地通入其腔体2A。由贮槽4将含有CuxOy基团的复合氧化物超导材料(如Y1Ba2Cu3O7-y)粉末通过金属化喷管2的头部连续地通入腔体2A。由电源6向嵌入金属化喷管2的腔体2A尾部的电极5提供电流，以便在电极5和金属化喷管2的腔体2A的内表面2B之间产生电弧，从而将通入腔体2A的操作气转化为高温等离子气体。利用上述已经转化为高温等离子体的操作气，将通入金属化喷管2的腔体2A的上述超导材料粉末熔化。借助于已经转化为高温等离子体的操作气流通过金属化喷管2将上述熔化的超导材料粉末均匀地喷在装在容器1内与喷管2相对而置的基片7(如铜片)的表面上，从而在基片7的表面上形成一层超导材料膜8。上述这种常规金属化方法与真空蒸发法和喷镀法相比，其优越之处在于形成超导材料膜的速度较高，而且可以形成较厚的膜。然而，上述常规金属化方法存在以下问题。业已知道，在复合氧化物超导材料中，如Y1Ba2Cu3O7-y，若氧损失量“Y”增加，就会使得无法制取具有高的“Tc”和高的临界电流密度(下文简称为“Jc”)，即具有优异的超导性能的超导材料膜8。在超导材料金属化过程中，以及在金属化以后对超导材料膜8进行加热期间，该超导材料中的氧会损失掉一部分，导致超导材料中氧损失量“Y”增加。因而，降低超导材料中氧损失量的常规作法是将上述形成的超导材料膜8缓慢冷却，以使超导材料吸收氧。加热膜8旨在使该超导材料结构均匀化、增加晶粒间界的结合强度以及提高基片与膜8之间的粘合强度。然而，即使按上述方法缓慢冷却膜8，在该超导材料中仍可能吸收不到足够量的氧，因此可能得不到具有优异超导性能的膜8。上述问题可以这样来解决，即在对膜8进行上述慢速冷却处理之前，先在基片表面上将上述复合氧化物超导材料金属化，以便降低该超导材料的氧损失量“Y”。然而，由于只是用一种惰性气体(如氩气)作为操作气体，因此在对膜8进行上述慢速冷却处理之前，无法预先降低该超导材料的氧损失量“Y”。鉴于上述情况，迫切需要开发这样一种方法，它能够在基材的表面上将复合氧化物超导材料金属化，同时降低该超导材料的氧损失量“Y”，并且能够在该基材的表面上形成一层具有优异超导性能的超导材料膜，例如，“Tc”至少为90K、“Jc”至少为350安培/平方厘米。但是这样的金属化方法迄今还没有人提出过。本专利技术的目的是提供一种方法，它能够在基材的表面上将复合氧化物超导材料金属化，同时将降低该超导材料的氧损失量“Y”，并且能够在该基材的表面上形成一层具有优异超导性能的超导材料膜，例如临界温度“Tc”至少为90K、临界电流密度“Jc”至少为350安培/平方厘米。根据本专利技术的特征之一，提供了一种利用等离子现象，在基材表面上将超导材料金属化的方法，包括如下步骤从一个金属化喷管的尾部连续地向其腔体通入一种操作气;从所述金属化喷管的头部连续地向其腔体通入一种含CuxOy基团的复合氧化物超导材料粉末;在一个嵌入所述腔体尾部的电极和所述腔体的内表面之间产生电弧，从而将通入该腔体的操作气转化为高温等离子气体;借助所述已经转化为高温等离子体的操作气将通入该腔体的超导材料粉末熔化;利用所述已转化为高温等离子体的操作气流，通过所述金属化喷管，将上述熔化的超导材料粉末均匀地喷到一种基材的表面上，以便在该基材的表面上形成一层上述超导材料的膜;将这样形成的上述超导材料膜加热到至少700℃，然后以不大于40℃/分钟的冷却速率将上述加热过的膜缓慢冷却到室温;其中改进之处的特征在于向所述操作气中混入至少30%(体积)的氧气。图1是一个示意性的剖面图，用以说明利用等离子现象在基材的表面上将超导材料金属化的常规方法;图2是一个示意性的剖面图，示出本专利技术的利用等离子现象在基材的表面上将超导材料金属化的方法的一个实施例。根据以上的观点，本专利技术者进行了广泛的研究探讨，目的在于开发一种方法，它能够在基材的表面上将复合氧化物超导材料金属化，且能降低该超导材料中的氧损失量。结果发现，将超导材料的基材表面上金属化时所用的操作气中若混入至少30%(体积)的氧气，就可以降低复合氧化物超导材料的氧损失量。在上述发现的基础上完成了本专利技术。下面参照附图介绍本专利技术的。图2是一个示意剖面图，示出本专利技术的一个实施例。在图2中，2是一个装在容器1中的金属化喷管，10是一个用来储装惰性气体的压力罐，11是用来储装氧气的另一个压力罐，4是一个用来储装超导材料粉末的储罐，7是一块装在容器1内且与金属化喷管2相对而置的基片，6是装在容器1外面的电源。如图2所示，本专利技术的方法中所用的操作气9是将至少30%(体积)来自压力罐11的氧气与来自压力罐10的惰性气体(如氩气)相混合而配成的。在氧气对惰性气体的混合比低于30%(体积)的情况下，就不可能在基片7的表面上如后文所述的形成一种具有优异超导性能(例如临界温度“Tc”致少为80K，临界电流密度“Jc”至少为350安培/平方厘米)的复合氧化物超导材料膜。因此，氧气对惰性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用等离子现象将超导材料在基材表面上金属化的方法，它包括下述步骤：从一个金属化喷管的尾部向其腔体连续地通入一种操作气；从上述金属化喷管的头部向其腔体连续地供入一种含Ｃｕ↓［ｘ］Ｏ↓［ｙ］基团的复合氧化物超导材料粉末；在一个嵌 入所述腔体尾部的电极与所述腔体内表面之间产生电弧，以便将通入该腔体的操作气转化为高温等离子气体；利用已经转化为高温等离子气体的上述操作气将供入该腔体的超导材料粉末熔化；借助上述已经讑化为高温等离子气体的操作气所形成的气流将上述熔化的 超导材料粉末通过所述金属化喷管均匀地喷在基材的表面上，从而在所述基材的表面上形成一层所述超导材料的膜；将上述形成的超导材料膜加热到至少７００℃，然后以不超过４０℃／分钟的冷却速率将上述加热过的膜缓慢冷却至室温；其改进之处的特征在于： 将氧气以至少３０％（体积）的量混入所述操作气。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1987-12-26 331102/871.一种利用等离子现象将超导材料在基材表面上金属化的方法，它包括下述步骤从一个金属化喷管的尾部向其腔体连续地通入一种操作气；从上述金属化喷管的头部向其腔体连续地供入一种含CuxOy基团的复合氧化物超导材料粉末；在一个嵌入所述腔体尾部的电极与所述腔体内表面之间产生电弧，以便将通入该腔体的操作气转化为高温等离子气体；利用已经转化为高温等离子气体的上述操作气将供入该腔体的超导材料粉末熔化；借助上述已经转化为高温等...

【专利技术属性】
技术研发人员：太刀川恭治，真保幸雄，松田穰，桦真事，小管茂义，渡边之，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]