一种第二代高温超导带材用的简化CeO2/LaZrO3复合隔离层及其制备方法，采用经简化了的CeO2/LaZrO3双层复合隔离层结构代替复杂的CeO2/YSZ/CeO2和CeO2/YSZ/Y2O3三层复合隔离层结构，并采用多通道激光镀膜技术代替传统的反应直流磁控溅射技术制备Ni-W金属基带上的复合隔离层结构。该方法具有更高的稳定性、重复性和可靠性。制备得到的CeO2/LaZrO3复合隔离层化学性质稳定，具有单一的（001）取向，厚度误差小，表面光洁度好。在其上制备的稀土氧化物超导层（REBCO）具有优越超导性能，满足制造超导电力器件的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型氧化物高温超导领域，尤其涉及一种第二代高温超导带材用的简化Ce02/La&03复合隔离层及其制备方法。
技术介绍
第二代高温超导带材的基本价格主要由金属基带、复合隔离层和超导层三部分组成。其中柔软金属基带的作用是使稀土氧化物超导层获得支撑从而获得各类超导电力器件制造所要求的优良机械性能。金属基带主要使用镍基合金带。在双轴织构镍-钨合金基带上制备稀土氧化物(REBCO)超导层时，由于镍-钨金属基带与稀土氧化物超导层之间会发生化学互扩散，进而破坏超导电性，故不能直接在金属基带上镀超导层。隔离层的作用除阻挡金属基带与超导层之间的化学元素户扩散外，还为超导层的外延生长提供晶格模版。另外，若隔离层材料的热膨胀系数差异较大，会在已镀隔离层薄膜中产生微裂纹。因此，选择隔离层材料时，必须同时满足化学匹配、晶格匹配和热匹配这3项条件。因为很难找到同时满足上述3项条件的单一隔离层材料，因此一般需要沉积多层氧化物层以便满足制备高质量稀土氧化物超导层的要求。已经实验证明的解决办法是在金属基带上先镀化学性能非常稳定的氧化物复合隔离层，然后再镀稀土氧化物超导层。如图1和图2所示，目前通常采用的氧化物隔离层为三层复合结构(帽子层/缓冲层/ 种子层)，比如Ce02/YSZ/Ce02*Ce02/YSZ/Y203。与镍-钨金属基带直接接触的第一层氧化物 (CeO2或IO3)称为种子层。种子层的功能相当于为后续的外延生长提供模板。中间层YSZ (Yttria-stabilized zirconia，缩写为YSZ，化学名称为钇稳定氧化锆)称为隔离层，它的功能是阻挡镍-钨金属基带中金属原子向超导层内扩散。虽然隔离层YSZ能很好地阻挡化学互扩散，但由于它的晶格常数与稀土氧化物的晶格常数失配度较大，故直接在YSZ上制备的超导层其超导性能较差。为了改善REBCO与YSZ之间的晶格失配度，需要在YSZ缓冲层之上再镀一层( 层，称为帽子层。由于( 与REBCO之间的晶格失配度非常小，故在 CeO2帽子层上制备的REBCO超导层具有很好的结晶性和面内织构度。所以，REBCO超导层具有很高的临界电流密度，大于IXlO6安培/平方厘米(在77K，自场条件下)。按以上结构制备的高温超导带材载流能力超过100安培，可满足各类器件应用的基本要求。目前美国、日本等国白勺公司(American Superconductor Corporation, Sumitomo Electric Industrial) 采用磁控溅射技术制备上述复合隔离层。然而，Ce02/YSZ/Ce02和Ce02/YSZ/Y203这两种复合隔离层均采用三层结构，使得成膜工艺复杂，不利于降低成本。另外由于复合隔离层结构中每一层的最佳厚度只有几十到一百多纳米，所以在公里级长度的工业化生产中对镀膜工艺的稳定性要求较高。除了增加在线监控设备提高产品成品率外，就工艺研发本身而言，简化复合隔离层结构，减少隔离层层数将会大大降低镀膜成本，提高第二代高温超导带材的性价比。在Ni-W金属基带上，以报道的Ce02/YSZ/Ce&和Ce02/YSZ/Y203这两种复合隔离层都采用反应磁控溅射方法制备。在直流反应磁控溅射中可采用金属靶，与传统的射频磁控溅射方法相比可大大提高溅射速率。然而在反应磁控溅射过程中，由于存在金属靶材表面的氧化问题，而溅射速率由于靶材的表面状态密切相关，所以对氧气的流量和镀膜腔内氧分压的控制要求很高。另外反应磁控溅射法制备氧化物复合隔离层时还存在如下缺点 (1)靶材利用率较低，只有沿椭圆形分布的环形磁场对应的靶材被溅射到金属基带上，占整个靶材体积还不到50%。(2)采用磁控溅射方法制备复合氧化物隔离层时，由于所需的金属基带衬底温度较高，所以镀膜设备内加热器寿命较短。(3)采用磁控溅射方法制备的氧化物层结合力较弱，有时出现起皮、甚至脱落现象。(4)设备庞大。采用磁控溅射技术制备氧化物隔离层时，由于靶材溅射速率较低，所以快速制备公里级长带时，必须采用大型镀膜设备。不仅设备昂贵，而且每次抽真空时间较长，影响生产效率。(5)成品率较低。超导带材的性能与微结构密切相关。高性能超导带材要求YSZ缓冲层必须具有很纯的(001)晶粒取向。采用磁控溅射技术制备复合氧化物隔离层时，容易形成(001)+ (111)混合取向，使高温超导带材超导性能变差，影响成品率，不利于高温超导带材降低成本。
技术实现思路
本专利技术提供的一种第二代高温超导带材用的简化Ce02/La&03复合隔离层及其制备方法，采用的经简化了的Ce02/La&03双层复合隔离层结构代替复杂的Ce02/YSZ/CeA和 Ce02/YSZ/Y203三层复合隔离层结构，并采用多通道激光镀膜技术代替传统的反应直流磁控溅射技术制备M-W金属基带上的复合隔离层结构，具有更高的稳定性、重复性和可靠性。为了达到上述目的，本专利技术提供一种简化的Ce02/La&03复合隔离层，该复合隔离层采用双层结构，上层为LdrO3层，下层为( 种子层。所述La^O3层的厚度为100-200nm，所述CeR种子层的厚度为50_100nm。本专利技术还提供一种制备简化Ce02/La&03复合隔离层的多通道激光镀膜方法，该方法包含以下步骤步骤1、将双轴织构镍-钨金属基带缠绕设置在多通道激光镀膜系统内； 步骤2、对双轴织构镍-钨金属基带进行退火；步骤3、退火工艺结束后，保持氩气和氢气流量及比例不变，通过控制分子泵间板阀门将氩-氢混合气体的总气压降低到( 种子层镀膜工艺所需的值； 步骤4、将加热器温度调节到( 种子层镀膜工艺所需的值； 步骤5、将CM2靶调入镀膜靶材，并启动CM2靶旋转与扫描系统； 步骤6、启动准分子激光器，并将激光能量和频率升到( 种子层镀膜工艺所需的值； 步骤7、等气压、温度、激光能量、激光频率稳定后，打开激光光路开关，开始激光靶表面预蒸发过程；步骤8、等激光蒸发形成的椭球状等离子体稳定后，启动多通道传动装置的步进电机控制开关，并将双轴织构镍-钨基带的行走速度调到所需的值，进行镀膜；步骤9、完成( 种子层镀膜后，关闭激光光路窗口挡板，关闭氩-氢混合气体质量流量计阀门，逐步降低激光器频率并关闭准分子激光器；步骤10、完成步骤9后，在不打开镀膜系统真空腔门的情况下，通过原位换靶，直接开始下一道镀膜工艺；将LdrO3靶调入镀膜靶材，通过带材传输控制系统更改带材运动方向，5比如( 镀膜方向设定为前进的话，则将LdrO3镀膜方向设定为后退；步骤11、开启氧气质量流量计，通过控制分子泵闸板阀门将氧气的总气压调到LdrO3 层镀膜工艺所需的值；步骤12、调整加热器温度设定值，将加热器温度调节到LdrO3层镀膜工艺所需的值； 步骤13、启动LdrO3靶旋转与扫描系统；步骤14、启动准分子激光器，并将激光能量和频率升到LdrO3层镀膜工艺所需的值； 步骤15、等气压、温度、激光能量、激光频率稳定后，打开激光光路开关，开始LdrO3靶表面预蒸发过程；步骤16、等激光蒸发形成的椭球状等离子体稳定后，启动多通道传动装置的步进电机控制开关，并将双轴织构镍-钨基带的行走速度调到所需的值，开始LdrO3层镀膜过程；步骤17本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李贻杰，
申请(专利权)人：上海超导科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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