制造超导制品的方法技术

制造超导制品的方法，包括的步骤：在基片表面形成含ＬｎＢａ－［２］Ｃｕ－［３］Ｏ－［Ｘ］和Ｌｎ－［２］ＢａＣｕＯ－［Ｘ］混合物的第一层：局部依次加热熔化第一层，形成熔穴并使之固化，从而使第一层混合物晶体与基片表面并行排列；在第一层表面上形成至少含有ＣｕＯ和ＢａＣｕＯ－［２］混合物的第二层，将其熔化后使生成的熔穴与第一层的Ｌｎ－［２］ＢａＣｕＯ－［Ｘ］进行扩散反应，使第一、第二层转化为含ＬｎＢａ－［２］Ｃｕ－［３］Ｏ－［ｘ］超导物质的薄膜，其晶体的ａ－ｂ面与基片表面平行排列，制成的超导制品包括基片和在其表面上形成的超导物质薄膜。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，包括基片和在该基片表面上形成超导物质的薄膜。超导材料业已以超导磁体形式具体应用于粒子加速器和医疗诊断仪器等。超导材料进一步可能应用的范围包括发电机、能量积聚、线性发动机汽车、电缆、磁性分选器、核聚变反应器和磁屏装置。此外，用于约塞夫森效应的超导元件期望可用于诸如超高速计算机、红外传感器和低噪放大器等领域。工业和社会在具体实现这些应用后所带来的巨大影响将是不可估量的。至今已经研制出来的一种典型超导材料是Nb-Ti合金，现已广泛应用于电磁线。Nb-Ti合金具有9K的临界温度，即由其出现超导态的临界温度(以下简称“Tc”)。现已研制出一种化合物型超导材料，包括Nb3Sn(Tc∶18K)和V3Ga(Tc∶15K)，并已具体应用于电磁线，这种超导材料的Tc显然高于Nb-Ti合金。Tc高于上述合金型和化合物型超导材料的一种超导材料也已研制成功，即含有CuxOy基团的组份氧化物型超导材料。例如Y-Ba-Cu-O型超导材料，其临界温度约为93K。由于液态氮的温度为77K，所以成本低于液氮即可获得的液氮能用作组份氧化物型超导材料的冷却介质。可在液态氦温度下应用的高Tc超导材料的发展，进一步激励了上述应用领域的期望。但是在实际应用时，还存在着如何将超导材料制成薄膜状或线状和如何提高超导材料的临界电流密度(以下简称“Jc”)的问题。为了提高超导材料的Jc，在以薄膜形式使用超导材料时，需要使薄膜的结构具有单超导相。在“JapaneseJournalofAppliedPhysics”中(Vol.27，No.8，pp.L1501-L1503，1988年7月22日出版)(以下称为“已有技术”)，发表了，采用该方法使超导材料的薄膜具有致密结构和单超导相，从而能提高超导材料薄膜的Jc。下面参考附图说明该已有技术。图1.说明制造超导制品的已有技术所用方法的前半部分，图2则是说明制造超导制品的已有技术所用方法的后半部分。首先，制备含有Y2BaCuOx薄片状基片。将CuO和BaCO3以铜(Cu)和钡(Ba)5∶3的摩尔比相混合的混合物在800℃温度下进行第一次烧制24小时，冷却后研成粉末。然后将此第一次烧制的混合物粉末在900℃下进行第二次烧制24小时，冷却后研成粉末，用于制备薄膜的粉末材料。接着将制备用于薄膜的粉末材料与乙醇混合，用于制备薄膜的桨状物。然后，将用于制备薄膜的浆状物涂在基片1的表面，干燥，在基片1表面上形成含有Ba-Cu氧化物的薄膜2，如图1所示。将表面上形成薄膜2的基片1在电炉中加热，使薄膜2熔化，在薄膜2中产生Ba-Cu氧化物的熔体，再与基片1中的Y2BaCuOx进行扩散反应，从而使薄膜2转化为含有YBA2Cu3Ox超导物质的薄膜3，如图2所示。然后将由此形成的超导物质的薄膜3冷却至室温，从而制造出含有不反应的基片1和在其表面上形成超导物质薄膜3的超导制品，如图2所示。上述已有技术具有下列作用由于含有YBa2Cu3Ox超导物质的薄膜3是通过薄膜2中Ba-Cu氧化物的熔体与基片1中的Y2BaCuOx进行扩散反应形成的，所以超导物质薄膜3具有致密的结构和单超导相，于是能够制得具有高Jc的超导制品。但是，上述已有技术还存在下列问题(1)通过薄膜2中Ba-Cu氧化物生成的熔体与基片1中Y2BaCuOx的扩散反应，在基片1的表面上形成含YBa2Cu3Ox超导物质的薄膜3时，超导物质薄膜3的体积膨胀，在超导物质薄膜3中产生裂缝，严重损害了超导制品的超导性质，包括Jc的大幅度下降。(2)为了进一步提高超导制品的Jc，需要将薄膜3中超导物质晶体的a-b面与基片1的表面平行排列。其原因在于超导物质晶体的a-b面最容易使电流通过。但是，根据上述现有技术，薄膜3的超导物质晶体的a-b面具有各种不同的方向。采用含有任意的稀土元素而不是含上述Y2BaCuOx和YBa2Cu3Ox中的钇(Y)的化合物，由此产生超导物质的薄膜3，在这种情况下，同样也会产生上述两个问题。这种任意的稀土元素在下文中将用Ln表示。因此，本专利技术的目的在于提供一种，当通过扩散反应在基片表面上产生含有LnBa2Cu3Ox超导物质的薄膜时，该方法可防止超导物质薄膜中产生裂缝，并且可以使薄膜的超导物质晶体的a-b面与基片表面平行排列，其结构使所制得的超导制品具有极佳的超导性质。按本专利技术的特征之一，在于其所提供的包括下列步骤在基片表面上形成含有LnBa2Cu3Ox和Ln2BaCuOx混合物的第一层，所述Ln系任意的稀土元素，在第一层中Ln2BaCuOx的含量为LnBa2Cu3Ox和Ln2BaCuOx总量的5-80%(重量);局部依次地加热熔化所述第一层和局部依次地形成该层混合物的熔穴，并使该熔穴局部依次固化，从而使该层混合物晶体的a-b面与基片表面平行排列;在第一层的表面上形成至少含有CuO和BaCuO2混合物的第二层，该层的熔点为800-1000℃，低于第一层的熔点;熔化第二层混合物，并且在含氧气氛下保持第二层熔融态1分钟至4小时，使生成的第二层混合物的熔体与第一层中的Ln2BaCuOx发生扩散反应，从而使第一层和第二层转化为含有LnBa2Cu3Ox超导物质的薄膜，其中超导物质晶体的a-b面与基片表面并行排列;将由此产生的超导物质的薄膜冷却至室温，从而制成包括基片和在其表面上形成的超导物质薄膜的超导制品。附图1表示制造超导制品的已有技术所用方法的前半部分;附图2表示制造超导制品的已有技术所用方法的后半部分;附图3表示本专利技术制造超导制品方法的实施例的第一步;附图4表示本专利技术制造超导制品方法的实施例的第二步;附图5表示本专利技术制造超导制品方法的实施例的第三步;附图6表示本专利技术制造超导制品方法的实施例的第四步;从上述观点出发，对作一进一步的研究，现采用该方法，当通过扩散反应，在基片表面形成含有LnBa2Cu3Ox超导物质的薄膜时，可防止超导物质薄膜中产生裂缝，并且能使薄膜的超导物质晶体的a-b面与基片表面并行排列，结果制成的超导制品具有极佳的超导性质。结果获得了如下的发现(1)在含有LnBa2Cu3Ox超导物质的薄膜中产生裂缝，是由于通过扩散反应在基片表面上形成含有LnBa2Cu3Ox超导物质的薄膜时，超导物质薄膜的体积发生膨胀。因此，减少由于扩散反应所产生的LnBa2Cu3Ox的量，从而降低含LnBa2Cu3Ox超导物质薄膜体积的膨胀，就能防止LnBa2Cu3Ox超导物质的薄膜中发生裂缝。(2)通过局部依次加热熔化在基片表面上形成的含有LnBa2Cu3Ox和Ln2BaCuOx混合物的薄膜，局部依次形成薄膜混合物的熔穴并使熔穴局部依次固化，就能使含LnBa2Cu3Ox超导物质薄膜的晶体的a-b面与基片表面平行排列。本专利技术就是根据上述两点的发现获得的。以下将参考附图介绍本专利技术的一个实施例。图3说明本专利技术制造超导制品方法的实施例的第一步;图4说明本专利技术制造超导制品方法的实施例的第二步;图5说明本专利技术制造超导制品方法的实施例的第三步;图6说明本专利技术制造超导制品方法的实施例的第四步。在本专利技术制造超导制品方法的实施例中，如图3所示，第一步采用已知的等离子体金属化方法或类似方法，先在基片4的表面上形成含有LnBa2Cu3Ox和Ln2BaCuOx混合物的第一层5。基片4本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造超导制品的方法，其特征在于包括下列步骤：在基片表面上形成含有ＬｎＢａ↓〔２〕Ｃｕ↓〔３〕Ｏｘ和Ｌｎ↓〔２〕ＢａＣｕＯｘ混合物的第一层，所述Ｌｎ系任意的稀土元素，在第一层中Ｌｎ↓〔２〕ＢｓＣｕＯｘ的含量为ＬｎＢａ↓〔２〕Ｃｕ↓〔３〕Ｏ ｘ和Ｌｎ↓〔２〕ＢａＣｕＯｘ总量的５－８０％（重量）；局部依次地加热溶化所述第一层和局部依次地形成该层混合物的熔穴，并使该熔穴局部依次固化，从而使该层混合物晶体的ａ－ｂ面与基片表面平行排列；在第一层的表面上形成至少含有ＣｕＯ和ＢａＣ ｕＯ↓〔２〕混合物的第二层，该层的熔点为８００－１０００℃，低于第一层的熔点；熔化第二层混合物，并且在含氧气氛下保持第二层熔融态１分钟至４小时，使生成的第二层混合物的熔体与第一层中的Ｌｎ↓〔２〕ＢａＣｕＯｘ发生折散反应，从而使第一层和第 二层转化为含有ＬｎＢａ↓〔２〕Ｃｕ↓〔３〕Ｏｘ超导物质的薄膜，其中超导物质晶体的ａ－ｂ面与基片表面并行排列；将由此产生的超导物质的薄膜冷却至室温，从而制成包括基片和在其表面上形成的超导物质薄膜的超导制品。

【技术特征摘要】
JP 1989-5-29 135110/891.制造超导制品的方法，其特征在于包括下列步骤在基片表面上形成含有LnBa2Cu3Ox和Ln2BaCuOx混合物的第一层，所述Ln系任意的稀土元素，在第一层中Ln2BaCuOx的含量为LnBa2Cu3Ox和Ln2BaCuOx总量的5-80%(重量)；局部依次地加热熔化所述第一层和局部依次地形成该层混合物的熔穴，并使该熔穴局部依次固化，从而使该层混合物晶体的a-b面与基片表面平行排列；在第一层的表面上形成至少含有CuO和BaCuO2混合物的第二层，该层的熔点为800-1000℃，低于第一层的熔点；熔化第二层混合物，并且在含氧气氛下保持第二层熔融态1分钟至4小时，使生成的第二层混合物的熔体与第一层中的Ln2Ba...

【专利技术属性】
技术研发人员：真保幸雄，小野守章，桦泽真事，小菅茂义，
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]