制备涂布导体用成形衬底的工艺及使用该衬底的涂布导体制造技术

涂布导体用成形衬底的制备工艺及使用该衬底的涂布导体。本发明专利技术涉及适用于涂布导体制造的变形衬底的制备工艺，该工艺允许织构缓冲层已经形成在其上的织构衬底的变形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于涂布导体的成形衬底(shaped substrate)的制备工艺，具体地涉及允许将衬底例如成形为圆线的改善的自由度并且因此允许涂布导体(coated conductor)成形的改善的自由度的工艺，以及涉及4吏用该衬底的涂布导体。
技术介绍
涂布导体具有长度大的形状，例如带(tape)或条。通常，它们由衬底、高温超导材料的活性层(active layer)以及在村底和超导层之间的可变数目的緩沖层构成。緩冲层用于补偿所用材料的各种不同性能。尽管不限于此，目前化学式为REBa20i307-x的稀土钡铜酸盐型超导体通常用于涂布导体的制造中。其具体一例是公知标记为YBCO-123的超导体，其中数字组合123代表元素Y、 Ba和Cu的化学计量比。在涂布导体的制造中的主要问题是超导材料的晶粒的结晶取向。为了具有良好的超导性能，例如就临界电流密度(Jc)和临界电流(Ic)而言，超导材料应具有高度的取向或织构，单个的晶粒基本上彼此平行地取向并且相对于彼此的倾斜尽可能地小。优选地，超导层具有双轴织构，即晶粒既相对于表面的平面沿相同方向排列(a-b取向)又垂直于该平面(c轴取向)。双轴织构的质量通常由结晶面内(in-plane )和面夕卜(out-of-plane )的晶粒间取向差(misorientation)角度来表示，该取向差角度反应单个晶粒相对于彼此的倾斜程度。取向差角度越小，层的织构越好("越明显")。通常，织构的程度由表征一层的晶粒的面内和面外取向分布函数的X射线衍射来确定。基于X射线数据，可以获得面内4)扫描(A小)和面外摇摆曲线(Aco )的半高宽(FWHM)的数值。各个FWHMlt值越小，织构越明显。待生长层的取向可以通过外延生长实现。外延生长是指待生长层采用该待生长层生长于其上的衬底或层的结晶取向的工艺。有两种类型的外延同质外延是指将层生长在相同材料的衬底上，而异质外延是指将层生长在不同材料的衬底上。也就是，所生长的层的结晶取向与该层沉积在其上的下层的结晶取向直接相关。因此，对于待外延生长层的取向(织构)的质量，下层即模板层的取向的质量是决定性的。目前有两种主要方法获得所需的织构。根据第一种方法，高织构的緩沖层通过需要高真空的直接物理涂布工艺(例如离子束辅助沉积(IBAD))沉积在多晶随机取向的衬底上。高织构的缓冲层用于将期望的织构转移到生长在该緩冲层上的超导体层。此高真空沉积工艺需要昂贵的设备。此外，对长度大的衬底的涂布是困难的。根据第二种方法，使用了高织构的衬底，这种高织构的村底可以通过机械加工例如RABiT (村底的轧制辅助双轴织构)来获得。这里，衬底的织构转移到緩冲层，然后转移到沉积在其上的超导体层。由于此方法使用了外延生长，所以不再需要采用用于获得期望取向的緩沖层的直接沉积工艺(例如IBAD )。本专利技术涉及基于适当织构的衬底的第二种方法。已知有用于在(双轴)织构的衬底上生长緩冲层的多种沉积方法。示例有例如脉沖激光沉积、物理气相沉积、电子束沉积和溅射的真空工艺以及例如金属有机化学气相沉积(MOCVD)和化学溶液沉积(CSD)的非真空工艺根据涂布导体制造的这一方法，衬底的织构的质量是允许形成超导性能良好的高温超导材料的活性层的基本特征。如果衬底的织构差，就无法获得具有期望的良好排列取向的活性层，而良好的排列取向是超导性能的先决条件。然而，在使用织构的衬底时存在问题，即涂布导体的最终形状已经固定。一旦衬底已经被织构，无法通过变形和退火使其成形，因为在成形形变期间引入的缺陷在接着的退火期间消失从而破坏了织构。然而，如上所述，无法通过外延生长在具有差的和/或有缺陷的织构的衬底或下层上分别生长良好取向的层、緩冲层和活性层。另外，目前衬底的织构通过机械加工来进行，机械加工需要平坦且规则的表面。因此，如果一十底在加工之前例如成形为i者如圆形或多角形的弯曲不规则形状，则用于织构的机械加工是困难的，或者甚至不再可用。这意味着，在目前工艺中，避免形成一次织构的衬底，这将应用限制在适于平坦带状的衬底并且大大限制了应用领域。美国专利6114287涉及一种用于使在织构的表面上外延沉积的可塑的金属緩冲物机械变形以最小化或消除表面不规则并同时保持緩沖层的双轴织构的方法。该方法包含如下步骤在双轴织构的衬底上沉积金属緩沖层的外延层；以及在平滑的表面之间使外延层变形。因此，该专利的总的目的是使织构衬底上的外延沉积层平滑。该美国专利的另一目的是提供一种通过在平滑表面之间致密化来制备具有致密的高温超导体(HTS )的前驱体(precursor)的方法。为了消除表面粗糙度或致密化，涂布衬底在平滑的表面之间机械变形，例如，在抛光的辊(roll)之间轧制或在抛光的压^反(platen)之间按压。在美国专利6114287的方法中，经处理的涂布衬底保持它们初始的平面几何形状。WO 03/019589 Al涉及一种用于获得线圈构造的涂布导体的工艺。由于层的脆性，所以认为难以通过筒单缠绕涂布导体带获得此线圏构造。根据WO 03/019589 Al,此问题可以通过将各层以线圈构造直接沉积在样板(former)上。也就是，线圈构造通过沉积工艺(例如IBAD)"写"在框架上。没有关于使涂布衬底成形，即，使涂布的织构衬底从第一形状变形到第二形状的暗示。而且，没有使涂布衬底进行成形步骤，即，使衬底和緩冲层同时地成形的暗示。DE 19724618 Al涉及一种制备具有氧化物陶瓷超导材料层的波紋(corrugated)金属管的工艺，该波紋金属管通过使涂布有超导材料的平坦金属衬底沿其纵轴弯曲以获得对开管(sliuube)并焊接狭缝而制备。没有关于衬底和/或超导层的任何织构的暗示。此外，氧化物陶瓷超导材料非常易于在变形时损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种使用织构衬底制造涂布导体的工艺，该工艺允许形成已织构的衬底并仍然允许外延生长高温超导材料的良好排列的活性层。具体地，本专利技术的目的是提供一种用于外延生长超导相的成形衬底的制备工艺。根据本专利技术，此目的通过一种用于制备具有弯曲表面的涂布导体的成形衬底的工艺来实现，该工艺包含以下步骤向具有平坦表面的织构衬底提供一个或多个织构的緩冲层；对覆盖有该初始的緩冲层的衬底进行成形步骤；以及通过外延生长将织构的第二緩沖层提供到初始的緩沖层上。根据本专利技术，可以获得就成形而言具有改善自由度的长度大的涂布导体。此外，根据本工艺，可以获得具有大致上圓形或多边形截面的线形式的涂布导体。具体地，根据本工艺，该圆线涂布导体可以从扁平衬底带获得。例如，才艮据本工艺，扁平衬底带可以沿其纵轴弯曲以获得圆线。根据本专利技术，在形变或成形工艺之前，织构衬底涂布有第一緩冲层，第一緩冲层采用村底的织构。根据需要，另外的緩沖层可以通过外延生长沉积在第一缓冲层上，也即，下层用作生长于其上的层的才莫板。已经发现，与衬底相反，緩冲层在任何成形或形变工艺期间保持足够的织构记忆性。由此，初始緩沖层可以用于获得附加緩冲层的织构。另一方面，通过附加緩沖层，至少最开始的初始緩沖层的缺陷(例如裂紋、多孔性等)被抑制，这些缺陷可由前述成形处理产生。所涉及的工艺是自外延的，其不依赖于下面金属衬底的织构的质量。对于本专利技术，"成形衬底，，表示织构的衬底，该织构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备适于制造涂布导体的具有弯曲表面的成形衬底的工艺，包含以下步骤：　向具有平坦表面的织构衬底提供一个或多个织构的缓冲层；　将覆盖有初始缓冲层的衬底进行成形步骤，其中在所述成形步骤中，所述平坦表面变形为弯曲表面；以及　 　通过外延生长将织构的附加缓冲层提供到所述初始缓冲层上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：于尔根埃伦伯格，马克O里克尔，
申请(专利权)人：尼克桑斯公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]