YBCO涂层中用于改进高临界电流密度的结构制造技术

超导膜结构的临界电流容量的改进被公开并且该改进包括使用，例如，多层高温钡－铜氧化物结构，每个高温钡－铜氧化物层由金属氧化物材料薄层如ＣｅＯ↓［２］和类似物质分隔开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】YBCO涂层中用于改进高临界电流密度的结构 联邦权利声明本专利技术在美国能源部裁定的合同No.W-7405-ENG-36由政府 支持下获得的。政府在本专利技术中具有一定权利。专利
本专利技术是关于在超导膜带材中获得高临界电流密度的组合 结构。这种组合结枸涉及高临界电流超导》兹带的多层结构或构 造。专利技术背景自从涂层导体研究最初发展以来，其关注于提高材料长度， 同时提高总临界电流载流量。不同的研究小组已经研制出几种制 备涂层导体的方法。不管哪种技术用于涂层导体，目的是获得在 金属基体上具有高超电流载流量的高织构超导厚膜，这种高织构 超导厚膜如YBa2Cu307_x (YBCO)。用于涂层导体的超导厚膜的使 用显示出合理性，因为总临界电流和工禾呈临界电流密度(定义为 总临界电流和带材界面面积的比值)与超导膜的厚度直接相关。众所周知，有时，YBCO膜的临界电流密度是单晶片或者多 晶镍基合金基体上膜的膜厚的函数(参见，Foltyn et al.， Appl. Phys. Lett., 63, 1848-1850, 1993)。在约100到400纳米(nm)范围的 YBCO膜厚内得到较高临界电流密度。另一方面，临界电流密度易于随YBCO膜厚的增加而降低。多晶金属基体上的YBCO具 有的临界电流密度较低，主要由于YBCO膜的较差面内织构。在 标准处理条件下，在金属基体上添加超过2pm的更多YBCO材 料的尝试无助于总超电流载流量。美国专利No. 6，383，989指出，YBCO厚膜的Jc能通过采用 多层结构来提高，该多层结构涉及YBCO和绝缘体如氧化铈的隔 层材料或不同超导材料如和samarium-BCO的4仑换层。而且，这 些隔层材料都有助于提高Jc值(参见App. Phys. Lett 2002 80, pp. 1601-1603), Ic值不超过几百A/cm- width。另外，可以确定，Jc 的提高是由于多层结构的膜平滑影响特性，单层YBCO膜相对缺 少这种特性。其次，可以确定，在那时使用的粗糙基体需要平滑。 较平滑基体(美国专利申请序号10/624,350, Kreiscott et al.撰写 的High Current Density Electropolishing in the Preparation of Highly Smooth Substrate Tapes for Coated Conductors)的开发中 止了这种多层平滑效应的需求。美国专利No. 6,383,989中公开的 多层结构的另一个影响因素是电流不能按照z方向穿过膜，例如， 穿过多层氧化铈和YBCO的多层结构。这需要采用图案化制程进 4亍氧化4申分隔的不同YBCO层的电流测量。除了制备超导带材的最新进展，临界电流强度性质的持续提 高是值得预期的。
技术实现思路
为达到前述和其他目标，并依据本专利技术的目的，如这里体现 的和广泛描述那样，本专利技术提供了包括单晶基体、无定形基体或 多晶基体中的基体的制品，这种基体包括在其上具有至少 一个定 向层；和，至少一个定向层上的多层超导结构，该多层超导结构 包括至少两层高温钡-铜氧化物超导材料，每一层特征在于厚度从约lOOnm到约1000nm，每一对高温钡-铜氧4匕物超导才才料层由 导电金属氧化物材料分隔开，这种导电金属氧化物材料具有与高 温钡-铜氧化物超导材料化学相容性和结构相容性，导电金属氧 化物层特征在于厚度从约3nm到约60nm,由此电接触按照z-方 向穿过多层超导结构，多层超导结构特征在于具有至少l微米厚 高温超导材料层的总组合厚度并且Ic大于500安培/厘米宽度 (A/cm- width)。在本专利技术的一个实施方案中，高温钡-铜氧化物超导材料层之 间的导电金属氧化物材^h为氧化铈。在本专利技术的另一个实施方案中，直接在至少一个定向层上的 高温钡-铜氧化物超导材料层具有约400nm到约800nm的厚度， 并且不直4妻在至少一个定向层上随后的高温钡-铜氧化物超导材 料层具有约100nm到约400nm的厚度。在本专利技术的另一个方面中，提供了制备高温超导制品的方 法，该高温超导制品特征在于具有至少l微米组合厚度的高温超 导材料并具有大于500安培/厘米-宽度(A/cm-width)的Ie，该制品 包括来自单晶基体、无定形基体和多晶基体组中的基体，该基体 在其上具有至少一个定向层和在至少一个定向层上的多层超导 结构，多层超导结构包括至少两层的高温钡-铜氧化物超导材料， 每对所述高温钡-铜氧化物超导材料层由导电金属氧化物材料层 分隔开，该金属氧化物材料具有与高温钡-铜氧化物超导材料化 学相容性和结构相容性，这种方法包括在约74(TC到765。C温度 下，将高温钡-铜氧化物超导材并牛层沉积在所述基体的定向层上， 高温钡-铜氧化物超导材料具有约100nm到约1000nm的厚度， 在约740。C到约765。C温度下将导电金属氧化物沉积在第一层 HTS材料上，导电金属氧化物具有约3nm到约100nm的厚度，在约74(TC到约765。C温度下随后在导体金属氧化物上沉积一层 高温钡-铜氧化物超导材料，高温钡-铜氧化物超导材料具有约 100nm到约1000nm的厚度，并且向随后的HTS层上沉积至少两 一对Ce02和高温钡-铜氧化物超导材料层，另一对的Ce02层位 于先前沉积的高温钡-铜氧化物超导材并+层和另 一对的高温钡-铜 氧化物超导材料之间，在约740。C到约765。C温度下，高温钡-铜 氧化物超导材料具有约100nm到约1000nm的厚度并且导电金属 氧化物具有约3nm到约100nm的厚度，由此，具有大于500安 培/厘米-宽度(A/cm-width)的Ie的合成高温超导制品纟皮制成，这个 特征Ic值好于在约770。C或高于约770。C温度沉积高温钡-铜氧化 物超导材料和导体金属氧化物得到的Ie值。附图说明图1显示出具有本专利技术实施方案的多层YBCO组合膜的一般 结构。图2显示出单层YBCO膜的载流量(临界电流和电流密度) 与膜厚的函数关系图。图3显示出临界电流密度相对于YBCO和Ce02总厚度的图 表，例如包括单层YBCO层(圓形)；由氧化铈隔层分隔开的 4个YBCO层(菱形)；和由氧化一沛隔层分隔开的6个YBCO层 (正方形)，IBAD-MgO-Ni合金基体上的每一个是在75.4 K和自 场条件下测量出的。具体实施方式本专利技术是关于高温超导线材或带材和形成这种线材和带材 的高温超导膜的使用。在本专利技术中，超导材料通常为钡-铜氧化物高温超导体。众所周知，多种稀土金属被用于制备高温钡-铜 氧化物超导体，包括，如钐、镝、铒、钕、铕、钬、镱、和钆。尽管这种超导基础材料的其他较小变化也可^皮使用，在形成高温钡铜氧化物超导体(YBCO)中钇是优选金属，例如， YBa2Cu307.s、 Y2Ba4Cu70 14+x、或YBa2Cu408。 4乙和其4也稀土金 属的组合可用作高温钡铜金属氧化物超导体。其<也超导材并+如叙、 和铊基超导材料有时可被采用。YBa20i307-s优选作为超导材料。向高温超导材料中加入选择的微粒材料可提高磁通钉扎特 性。这种微粒材料可为锆酸钡、锆酸钇钡、氧化钇和类似物质。 孩史粒优选尺寸为主要尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制品，包括：选自由单晶基体、无定形基体或多晶基体组成的组的基体，所述的基体在其上包括至少一个定向层；以及在至少一个定向层上的多层超导结构，所述多层超导结构包括至少两层高温钡－铜氧化物超导材料，每一层特征在于厚度从约１００ ｎｍ到１０００ｎｍ，每一对所述高温钡－铜氧化物超导材料层由导电金属氧化物材料分隔开，这种导电金属氧化物材料与所述高温钡－铜氧化物超导材料具有化学相容性和结构相容性，所述金属氧化物材料层特征在于厚度从３ｎｍ到约６０ｎｍ，由此电接触按照ｚ－方向穿过多层超导结构，所述多层超导结构特征在于具有至少１．０微米的高温超导材料层的总组合厚度并且Ｉ↓［ｃ］大于５００安培／厘米宽度（Ａ／ｃｍ－ｗｉｄｔｈ）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-7-26 11/189,2281.一种制品，包括选自由单晶基体、无定形基体或多晶基体组成的组的基体，所述的基体在其上包括至少一个定向层；以及在至少一个定向层上的多层超导结构，所述多层超导结构包括至少两层高温钡-铜氧化物超导材料，每一层特征在于厚度从约100nm到1000nm，每一对所述高温钡-铜氧化物超导材料层由导电金属氧化物材料分隔开，这种导电金属氧化物材料与所述高温钡-铜氧化物超导材料具有化学相容性和结构相容性，所述金属氧化物材料层特征在于厚度从3nm到约60nm，由此电接触按照z-方向穿过多层超导结构，所述多层超导结构特征在于具有至少1.0微米的高温超导材料层的总组合厚度并且Ic大于500安培/厘米宽度(A/cm-width)。2. 根据权利要求1所述的制品，其中所述导电氧化物选自由氧 化铈、氧化4乙、4太酸锶、二氧化铪、氧化4乙掺杂的氧化锆、 氧化镁、氧化镍、氧化铕、氧化钐、钕铜氧化物、镉铜氧 化物和铕铜氧化物组成的组。3. 根据权利要求1所述的制品，其中所述高温钡-铜氧化物超导 材料为稀土钡-铜氧化物。4. 根据权利要求1所述的制品，其中导电氧化物具有厚度约 5nm到约50nm。5. 根据权利要求1所述的制品，其中所述基体为无定形基体或 多晶基体并且来自所述至少两层高温钡-铜氧化物超导材料 中的一层高温钡-铜氧化物超导材料直接在所述基体上并且 其厚度为约400nm到约800nm。6. 根据权利要求5所述的制品，其中不直接在所述基体上的高 温钡-铜氧化物超导材并牛具有厚度约100nm到约600nm。7. 根据权利要求1所述的制品，其中所述导电金属氧化物材料 为氧化铈。8. 根据权利要求1所述的制品，其中所述多层超导结构包括至 少三层高温超导材料，所述的每一层具有厚度从约100nm到 约600nm。9. 根据权利要求1所述的制品，其中所述多层超导结构包括至 少四层高温超导材料，所述的每一层具有厚度从约100nm到 约600歸。10. 根据权利要求8所述的制品，其中所述导电金属氧化物材料 为氧化4市并且每一层的导电氧化4市具有厚度从约5nm到约 50nm。11. 根据权利要求1所述的制品，其中多层超导结构特征在于具 有至少约3.0微米的高温超导材料的组合厚度并具有大于 1000安培/厘米-宽度的Ie值。12. 根据权利要求3所述的制品，其中所述稀土钡-铜氧化物为钇 4贝铜fU匕物。13. 根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬R弗泰恩，贾全喜，汪海燕，
申请(专利权)人：洛斯阿拉莫斯国家安全股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]