[发明专利]具有改进的性能的超导体厚膜

说明书

相关申请交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2004年10月1日提交的共同待审查的美国临时申请序列第60/615,289号、以及2005年7月29日提交的共同待审查的美国临时申请序列第60/703,836号的优先权，这两个申请的标题均为“具有改进的性能的厚超导体膜(Thick Superconductor Films With Improved Performance)”，它们都参考结合入本文中。

本申请涉及以下申请，这些申请都全文参考结合入本文中：

2005年7月29日提交的题为“高温超导导线和线圈(High TemperatureSuperconductive Wires and Coils)”的美国专利申请序列第60/703,815号，

2005年7月29日提交的题为“用于高温超导导线的结构(Architecture forHigh Temperature Superconductor Wire)的美国专利申请序列第11/193,262号。

发明领域

本发明一般涉及提高超导材料的临界电流密度承载能力。本发明还涉及超导结构，以及提高稀土-碱土-过渡金属氧化物膜的超导性质的方法。

发明背景

由于高温超导(HTS)材料(在高于77K的液氮温度下的超导)的发现，人们致力于使用这种HTS材料研究和开发各种工程应用。在薄膜超导体器件和金属线中，在使用广为人知的、包含钇，钡，铜和氧、基本组成为YBa₂Cu₃O_7-x(下文中称为Y123或YBCO)的氧化物超导体制造器件方面获得了大部分的进步。在使用稀土元素″RE″代替Y方面也获得了许多进步。Y123之类的双轴织构化的超导金属氧化物已在涂敷的导体结构中获得了高临界电流密度。这些金属线经常被称为第二代HTS金属线。因此，Y123是许多用途的优选材料，这些用途包括电缆、电动机、发电机、同步调相机、变压器、限流器和用于军用、高能物理、材料加工、运输和医学用途的磁力系统。

该领域的一些问题包括需要用来制造化学相容性的双轴织构化的缓冲层的经济的方法，以及需要沉积足够厚度的高临界电流密度(Jc)超导层。关于第一个目标，似乎具有外延缓冲层的变形织构化的基板是可以很经济地制造的。关于沉积超导体前体组合物的厚层的需要，对大量的技术进行了评价。此时由于化学气相沉积(CVD)的前体材料成本极高，因此认为其不是具有竞争力的方法。大多数物理气相沉积(PVD)法(例如脉冲激光烧蚀、反应溅射和电子束蒸发)受限于沉积速率、组成控制和高基建成本。一种可能的经济的PVD法是稀土元素、铜和氟化钡的热蒸发或电子束蒸发，该方法被称为“氟化钡”法。这种方法似乎比直接PVD法更加迅速，但是基建成本和控制系统成本仍然可能过高。另外，沉积的前体组合物必须随后在独立的加热炉系统中反应以形成HTS膜。

人们已经对溶液沉积法进行了评价，由于不需使用真空系统，这些方法的成本似乎低得多。因此，基建成本不像使用真空系统的其它方法那么高，沉积速率也不会那么低。三氟乙酸盐(TFA)溶液法提供了低的前体组合物成本，高沉积速率，而且具有无需真空处理的优点。例如在以下文献中描述了这些方法：Cima等人的美国专利第5,231,074号，1998年12月23日公开的PCT公开第WO98/58415号，这些方法需要对前体组合物的组分进行溶解以形成溶液相。美国专利第5,231,074号和PCT公开第WO 98/58415号都全文参考结合入本文中。

发明内容

本发明一方面提供了一种用作超导膜前体的组合物，这种组合物可以通过单次施涂以高沉积速率涂敷在很大面积的基板上，以得到所需的膜厚度。所述前体组合物优选可以通过简单的加热处理转化为超导相。本发明提供了制造用于很长的基板的稀土超导体厚膜前体组合物的低成本方法。

在本发明的一个方面中，制备超导体膜的方法包括将第一前体溶液沉积在基板上以形成前体膜，所述第一前体溶液包含一种或多种溶剂中的稀土-碱土金属-过渡金属氧化物的前体组分，该前体组分包括稀土元素盐、碱土金属盐和过渡金属盐，所述盐中的至少一种是含氟的盐，所述过渡金属与碱土金属之比值大于1.5；对所述前体膜进行处理以形成稀土-碱土金属-过渡金属氧化物超导体，前体膜中过渡金属与碱土金属的总比值大于1.5，所述超导体膜的总厚度大于0.8微米。