高温超导体层配置体制造技术

本发明专利技术涉及包含至少一个衬底和一个由氧化材料形成的织构化缓冲层的高温超导体层配置体，所述缓冲层允许高温超导体织构化生长。令人惊讶地，适当时，可以在仅一次涂覆操作中用稀土元素铈氧化物形成的缓冲材料层制备均匀缓冲层，所述缓冲材料包含镧作为稀土元素。缓冲层材料可以是由通式Ｌｎ′↓［２－ｘ］Ｌｎ″↓［ｘ］Ｃｅ′↓［２－ｙ］Ｍ″↓［ｙ］Ｏ↓［７±ｚ］表示的稀土氧化物，且０≤ｘ，ｙ，ｚ≤１，其中Ｌｎ′和Ｌｎ″是彼此独立的稀土元素，并且Ｍ″是三价或四价或五价的金属。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高温超^^层配置体，该配置体包括至少一个衬底和一个织构化的(textured)緩沖层，该緩沖层允许高^^* (HTSC)层的织构化生长。
技术介绍
緩冲层具有一系列不同的功能。首先，緩沖层旨在从织构化的衬^^可能 完#完美地向待生长的HTSCM递织构，所i^只构化的衬tt示出尽可能最 高程度的织构化。在该背景中必须考虑到，衬^双轴向被织构化到尽可能最 大的程度，即秣争直于层且在层内处于轴向方向。高温超"f^沐的相应双轴织构 化寸于实现高临界电流和高电流密JLA必需的。Jt^卜，緩冲层旨M皿抑制 村底的^f可组分或污染物扩微HTSC层，因为这可斷氐高^^#的临界电流 密度和/或多树临界电流，或者可破坏超导状态。另夕卜，緩冲层旨^t衬底和待 生长的高温超务沐均显示出尽可能最大的粘接强度。緩沖层在制备和工作M 下还必须显示出足够的积4^温度循环性质。jtb^卜，緩冲层应该允许在高加工 iiA下尽可能最简单的、可重复的制备。另夕卜，緩沖层材^i应该在衬底Ji^示出良好的生长'M,该衬底可由金 属或金属M构成。特别地，生长'&贫对织构传递的品质、生^在衬底上的 格接强度和生M的均匀性铜艮重要，生"1^应尽可能无微^L、孔隙或者其 它结构缺陷，并ilX异质相(foreign phase),例如因不完美结晶得到的非晶 相、析出相、化学副反应产物等。jt(^卜，就其本身而言，緩沖层对HTSC层的生 长4 具有决定性的意义，其中必须再次考虑上述问题。至今，许多不同的材料已^UU作緩冲层材料，例如46H、定的氧^^(YSZ)， ^ft锆缝例如锆酸4L锆酸镧等，钬驗例如钬酸锶，简单氧化物例如氧化铈、氧^4美等。为了满;u^复杂和苛刻的总錄求，并特别为保证高程度的织构传递和有效的扩散屏障，緩冲层由包含多种不同緩冲材料的层组合构成， 有时为五个以上的层。例如，已经发mU乜铈(Ce02)非常适合作为待生长的HTSC层的衬底。然 而，！Ut^仅形成不良的扩絲障，并且因此几乎不适于在金J^t底上直接生 长。另夕卜狄现，为了获得IU樹的足够良好且快速的结晶，it^i^f、性^A 例如合成气体(forming gas)(例如，具有约2-5 ^M 、。/。的H2)在结晶步骤中 是不^^适的。然而已证明，使用由纯氮构成的^A不适合用于金属村底，因为 痕量的残留氡悉是以ppm的范围存在于气体中，因为这些痕量的氧会导致氧化， 例如在4^杂的镍带材的情形中形成高度稳^JL有害的镍鴒氧化物。因此，通 置体。 、 、5 ' 、 " 一 z 一 ， 一然而， 口緩沖材料的几个层在工艺工程方面是处杂的，并JL^地降 低了制备功能性HTSC层配置体的整个过程的制^JL，因为^^口^"层緩冲 材料^、在^^]化学溶必;^P、 (CSD)淑口另夕卜层之前，退火步骤是必需的。 因而，制备HTSC层配置体的^^艮大程yUi絲于緩沖层的形成。然而，4狄 由常M^料制成的单层緩冲层尚不足以满足复杂的总体要求。itW卜，还需要在高温超"f^层的均勻性和织构方面进一步提高高温超"f^ 层的品质。另一方面，施加多个緩冲^^目反作用，i^A不言而喻的，因为 重复的新生长过程导^LL述的生长和结晶问题，i^J:g对HTSC层的均匀性产 生负面影响，这也导致织构从衬^t到HTSC层的传递劣化。尽可f^，还特别有待由如下的HTSC层配置体满AJi述要求，其中可以通 过化学溶私W^来制4ll沖层和/或HTSC层。由于緩冲层和HTSC层的热形成期 间的相关过程，还必须对这些层的制备提出特歹M"求。特别地，层形成和结晶 的动力学才MUi不同于通过物理方法例如乐辦'^b冗积(PLD )、热共蒸发(TCE )、 金^^M匕学^i目^^、 (M0CVD)等制备这些层的要求。
技术实现思路
本专利技术旨在提l种高温超，层配置体，该配置体在^t底上显示出良好 的生长'^t，该配置体可由尽可能少的独立层ia^，并JJL许尽可能简单^ "m生长HTSC层。这个目的由^lt权矛J^求1所述的HTSC层配置体解决，其中至少一层緩沖 材料由稀土元素铈氧化物构成。意外的是，这提供了具有良好的扩散屏障性质的层，该层在^t底Ji^示出良好的生长'li^以^^所i^上^f地生长HTSC材 料并将高程度的织构传递到HTSC材料，并且可以在没有不希望的异质相的情况 下制备该层。这使得能够制^f5l具有一个緩冲层并满足非常高要求的HTSC层配 置体，该緩冲层可另外由化学溶&冗积制备。而且，可以制备高品质的緩沖层， 即4吏具有相对高的层厚度。由A4权利要求得到进一步的改善。稀土元素和/或铈可以部分^l皮取代。关于独立的层，可进行完全取^^形 成化学计量比的(有序的)改变，或形成非化学计量比的(均匀的)混合晶相。稀土元素铈氧^^可以是二/t^多元氧^^,该氧化物还可以显示出另外 组分，例如ij^金属稀土元素铈氧化物，过渡金属稀土元素铈氧化物，或者它 们之间的混合形式，例如i^金属it)度金属稀土元素铈氧化物。稀土元素铈氧^f緣^i^Sl^示出稀土元素作为金属。稀土元素铈氧^^可显示出两种或更多种不同的稀土元素(除了铈)，其中 (稀土元素/稀土元素)铈氧4緣，稀土元素(铈/稀土元素)氧4緣或(稀土元 素/稀土元素)(铈/稀土元素)氧化物可作为均匀';^^晶相存在，其中稀土元素和/或铈可因》bfet匕独立地被其它稀土元素取代。在上面所提到的化合物中，稀 土元素可以是选自La、 Nd、 Sm、 Eu、 Gd、 Y和Yb中的一种或多种金属，特别是 La、 Sm、 Eu、 Gd。特别 ^，稀土元素完全是La，或含有La作为稀土元素。稀土元素和/或M部分i^皮其它过渡金属取代，例如第一、第二和/或第 三副族的过渡金属，特别是^^二和/或第三副族的金属，特别是选自Hf、 Zr、 Ta和Nb，特别是Zr或Hf中的一种或多种金属所取代。合适时，上述氧化物中 的稀土元素和/或过渡金属及可能的铈，也可to匕独立地^Jj^金属部分itk^ 代，例d^链自碱金属、#金属、第三A^r属中的一种或多种金^^代， 或^^皮第四或第五主族的金属或半金>1^代，例如Rb、 Cs、 Sr、 Ba、 Ga、 In、 Tl、 Sn、 Pb、 Bi、 As、 Sb、 Se或Te。稀土元素铈氧4杨可具有通式RE2+xCe2+yO"其中-2<x,y<2, ^Li^-l《x，y <1或-0. 5<x，y<0. 5。事实上M的是如果x《0，则yX)，且如果y《0， 则xX)。 >f^i^，在每种十树中，x = -y。 x， y可toM虫立地为0。可以是x+" ± 3，而3可以是< 0. 5至1，她< 0. 2至0. 3或者是< 0.15至0.1。如果3小 于0，则阳离子晶格可显示晶格空位；如果3大于0，则间隙位置，例如八面体间隙，可被另外占据。特别地，3可以等于0。 RE是选自La、 Y、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb和Lu中的一种或多种稀土元素，特 别A^口、选自La和Ln (Ce、 Pr、 Nd本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备高温超导体层配置体的层配置体，该配置体包含至少一个衬底和由氧化材料形成的一个织构化的缓冲层，该缓冲层允许高温超导体的织构化生长，其特征在于至少一层的缓冲材料由稀土元素铈氧化物构成，其中含有的稀土元素是镧，且其中参照总金属含量，铈含量为５原子％至９５原子％Ｃｅ，并且除铈之外的稀土元素（ＲＥ）的含量为９５原子％至５原子％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M贝克尔，O布伦卡尔，
申请(专利权)人：Z能源电力有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]